PAGE4-第3章熱力學定律[鞏固層·學問整合][提升層·實力強化]熱力學第肯定律與能量守恒熱力學第肯定律是能量守恒定律在熱學中的詳細表現形式．它給出了做功和熱傳遞在變更物體內能上是等價的．熱力學第肯定律揭示了內能的增量(ΔU)與外界對物體做的功(W)和物體從外界汲取的熱量(Q)之間的關系，即ΔU＝W＋Q，正確理解公式的意義及符號的含義是解決本類問題的關鍵．(1)外界對物體做功，W＞0；物體對外界做功，W＜0．(2)物體從外界吸熱，Q＞0；物體向外界放熱，Q＜0．(3)ΔU＞0，物體的內能增加；ΔU＜0，物體的內能削減．解題思路：分析題干，確定變更內能的方式(W、Q)→推斷W、Q的符號→代入公式ΔU＝W＋Q→得出結論eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(ΔU＞0，則內能增加|ΔU|，,ΔU＜0，則內能削減|ΔU|.))留意的問題(1)只有絕熱過程時Q＝0，ΔU＝W，用做功可推斷內能的變更．(2)只有在氣體體積不變時，W＝0，ΔU＝Q，用吸熱、放熱狀況可推斷內能的變更．(3)若物體內能不變，即ΔU＝0，W和Q不肯定等于零，而是W＋Q＝0，功和熱量符號相反，大小相等，因此推斷內能變更問題肯定要全面考慮．(4)對于氣體，做功W的正負一般要看體積變更，氣體體積縮小，W＞0；氣體體積增加，W＜0．【例1】如圖所示的圓柱形容器內用活塞密封肯定質量的氣體，已知容器橫截面積為S．活塞重力為G，大氣壓強為p0．若活塞固定，密封氣體溫度上升1℃，需汲取的熱量為Q1；若活塞不固定，且可無摩擦滑動，仍使密封氣體溫度上升1℃，需汲取的熱量為Q2．Q1和Q2哪個大些？氣體在定容下的比熱容與在定壓下的比熱容為什么會不同？[解析]設密閉氣體溫度上升1℃，內能的增量為ΔU，則有ΔU＝Q1，ΔU＝Q2＋W，因氣體體積膨脹，W＜0，故Q1<Q2，由此可見，質量相等的同種氣體，在定容和定壓兩種不同狀況下，盡管溫度變更相同，但汲取的熱量不同，所以同種氣體在定容下的比熱容與在定壓下的比熱容是不同的．[答案]Q1＜Q2見解析[一語通關]應用熱力學定律和能量守恒時的步驟(1)認清有多少種形式的能(例如動能、勢能、內能、電能、化學能、光能等)在相互轉化．(2)分別寫出削減的能量ΔE減和增加的能量ΔE增的表達式．(3)列出能量守恒方程：ΔE減＝ΔE增．熱力學其次定律及其應用1．熱力學其次定律的兩種表述(1)依據熱傳遞的方向性表述為：熱量不能自發地從低溫物體傳到高溫物體．這是熱力學其次定律的克勞修斯表述．(2)依據機械能與內能轉化的方向性表述為：不行能從單一熱庫汲取熱量，使之完全變勝利，而不產生其他影響．這是熱力學其次定律的開爾文表述．2．熱力學其次定律的微觀意義(1)一切自然過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行．(2)用熵來表示熱力學其次定律：在任何自然過程中，一個孤立系統的總熵不會減?。?．分析問題的方法(1)熱力學其次定律的本質是對宏觀自然過程進行方向的說明．(2)凡是對這種宏觀自然過程進行方向的說明，都可以作為熱力學其次定律的表述．(3)對熱力學其次定律的各種表述都是等效的．【例2】(多選)依據熱力學定律，下列說法正確的是()A．電冰箱的工作過程表明，熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞B．空調機在制冷過程中，從室內汲取的熱量少于向室外放出的熱量C．科技的進步可以使內燃機成為單一熱源的熱機D．空調機在制冷過程中，從室內汲取的熱量等于向室外放出的熱量AB[熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞，但要引起其他變更，如電冰箱要消耗電能，A對；空調機工作過程中，電流做功產生熱，所以向室外放熱多，從室內吸熱少，B對，D錯；單一熱源的熱機違反了熱力學其次定律，C錯．][培育層·素養升華]“永動機”的歷史和現實大約在300多年前，有位德國博士奧爾菲留斯獨創了一個“永動機”——自動輪．1717年，波蘭國王把這位博士請到了波蘭，并派了一位名叫格森·卡賽爾斯基的州長鑒定其真偽．這位州長為奧爾菲留斯創建了條件，把安裝機器的房子與四周隔離．1717年11月12日，自動輪安裝完畢，起先轉動．州長親自鎖上了門，貼上了封條，派了兩名衛兵晝夜看管這座房子．兩周以后州長親自啟封開鎖，看到輪子還在轉動，于是再次上鎖加封，又過了40天．1718年1月4日再次開封，輪子還在轉．這位仔細的州長還不放心，又視察了兩個月，看到了輪子的確“永動”．于是州長就給奧爾菲留斯頒發了鑒定證書，從今以后奧爾菲留斯名聲大噪，他周游歐洲列國展出他的自動輪，賣票賺了很多錢，并得到各國大人物的褒獎和輿論界的贊揚．消息傳到俄國，彼得大帝對該獨創極感愛好，派了一位專使蘇馬赫找奧爾菲留斯談判，想連人帶機器買到俄國去．奧爾菲留斯開價是10萬盧布！蘇馬赫向彼得大帝匯報了兩個狀況：一是他看到輪子真的不停地轉，二是介紹了法國和英國學者的看法，他們無論如何也不信任“永動機”是真的，因為它從根本上是違反科學原理的．因此，彼得大帝遲遲未下決心用10萬盧布的巨款去買這個自動輪，他想在1725年親自去歐洲看看，但后來由于他去世了，終歸沒有看到這個“永動機”．科學界始終認為這肯定是一個大騙局．他們并不買那位波蘭州長的賬．憑什么他用眼睛看看就認為是事實，就發什么鑒定證書，真是豈有此理．科學家們公開指責這是個大騙局，并且懸賞1000馬克給揭穿騙局的人．最終騙局被博士先生的女仆揭穿了．原來這間安放自動輪的房子里修了一個夾壁墻，只要有人在夾壁墻內牽動繩子，輪子就會轉．輪子不是“永動”的，而是“人動”的．牽繩的人就是博士的弟弟和女仆．我們不知道那位女仆有沒有得到1000馬克的賞金，但的確有人出了一本小冊子，揭露了這個騙局，還公布了一張圖，人們一看就會明白．[設問探究]1．各種永動機設計方案的失敗，制造永動機奇妙幻想的破滅，對于每一個找尋永動機的人是一個不小的打擊．但是，反思這一失敗的探究過程，它從反面給人類以啟迪，一些科學家從這一否定的結論中起先思索，提出這樣一個問題：永動機不行能制成，是不是說明自然界存在著一條法則，它使我們不行能無中生有地獲得能量？2．有另外一種想象的永動機：一只圓輪，里面裝著可以自由滾動的沉重的鋼球，這位獨創家的想法是，輪子一邊的鋼球，總比另外一邊的離輪心遠，因此，在它們的重力作用之下，肯定要使輪子旋轉不息．這個永動機的馬腳在哪里？提示：1．自然界各種能量之間存在著肯定的轉化關系．這方面的思索是能量轉化和守恒原理建立的線索之一．德國聞名物理學家和生理學家亥姆霍茲(H．Helmholtz,1821－1894)就是從永動機不行能實現的這個事實入手探討發覺能量轉化和守恒原理的．2．這只輪子看來雖然像真的是由于沉重鋼球的滾動在旋轉，但它事實上只是由一架隱藏著的電動機來帶動的，只要把電源關閉，馬上停止轉動．[深度思索]1．另外一種特別奇妙的幻想，它并不違反能量轉化和守恒原理．假如能把空氣或海水里的熱能，通過一種奇妙的機器，全部轉化成我們所須要的機械功，這可以成為取之不盡、用之不竭的能源．為什么也不能實現？2．追尋永動機的失敗經驗，可以給我們什么啟示？答案：1．第一類永動機是無中生有產生能量，違反了熱力學第肯定律；其次類永動機雖然沒有違反能量守恒定律，但有個未知的能量源不停地產生能量差，違反了熱力學其次定律，所以同樣不行能