第三講熱力學定律與能量守恒[人教版選擇性必修第三冊]1．閱讀教材第三章第1節的內容，改變物體內能的方式有哪些？它們的本質是否一樣？提示：（1）做功；（2）熱傳遞。不一樣。雖然做功和傳熱都能引起系統內能的改變，但是它們還是有區別的。做功時，內能與其他形式的能（如內能與機械能、內能與電能等）發生轉化，而傳熱只是不同物體（或一個物體的不同部分）之間內能的轉移。2．閱讀教材第三章第2節，理解熱力學第一定律。提示：（1）內容：一個熱力學系統的內能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它所做的功的和。（2）表達式：ΔU＝Q＋W。3．閱讀教材第三章第3節，理解能量守恒定律的表述。提示：能量守恒定律可以表述為：能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉化為其他形式，或者從一個物體轉移到別的物體，在轉化或轉移的過程中，能量的總量保持不變。4．閱讀第三章第4節“熱力學第二定律”這一部分內容，理解熱力學第二定律的表述。提示：常見的兩種表述：（1）克勞修斯表述：熱量不能自發地從低溫物體傳到高溫物體。（2）開爾文表述：不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產生其他影響。考點一熱力學第一定律1．改變物體內能的兩種方式（1）做功；（2）熱傳遞。2．熱力學第一定律（1）內容：一個熱力學系統的內能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它所做的功的和。（2）表達式：ΔU＝Q＋W。（3）符號法則物理量WQΔU＋外界對物體做功物體吸收熱量內能增加－物體對外界做功物體放出熱量內能減少（多選）在一汽缸中用活塞封閉著一定量的理想氣體，發生下列緩慢變化過程，氣體一定與外界有熱量交換的過程是（）A．氣體的體積不變，溫度升高 B．氣體的體積減小，溫度降低C．氣體的體積減小，溫度升高 D．氣體的體積增大，溫度不變ABD氣體的體積不變溫度升高，則氣體的內能升高，體積不變氣體做功為零，因此氣體吸收熱量，A正確；氣體的體積減小溫度降低，則氣體的內能降低，體積減小外界對氣體做功，由熱力學第一定律ΔU＝W＋Q，可知氣體對外放熱，B正確；氣體的體積減小溫度升高，則氣體的內能升高，體積減小外界對氣體做功，由熱力學第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q可能等于零，即沒有熱量交換過程，C錯誤；氣體的體積增大溫度不變則氣體的內能不變，體積增大氣體對外界做功，由熱力學第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q＞0，即氣體吸收熱量，D正確。故選ABD。（2024·安徽省·模擬題）如圖所示，“凸”形絕熱汽缸被a、b兩輕質絕熱活塞分成A、B、C三部分，a、b兩活塞用輕桿連接，活塞穩定時A、B、C三個部分內的氣體溫度均相同。現設法使C中的氣體溫度緩慢升高，則在兩活塞緩慢下降的過程中，下列說法正確的是（）A．A中氣體溫度升高 B．A中氣體壓強增大C．B中氣體壓強增大 D．C中氣體所有分子的動能均增大CABC．以C中氣體為研究對象，體積不變根據，可知C中氣體溫度升高，壓強增大；以活塞和連桿整體為研究對象，受到向上和向下氣體的壓力和，因為，則有可知活塞和連桿合力向下，豎直向下運動，A中氣體體積增大，壓強減小，對外做功，根據ΔU＝W＋Q，氣缸絕熱Q＝0，內能減小，溫度降低；B中氣體體積變小，壓強增大，C正確，AB錯誤；D．C中氣體溫度升高，分子的平均動能增大，D錯誤。故選C。1．對熱力學第一定律的理解（1）做功和熱傳遞在改變系統內能上是等效的。（2）做功過程是系統與外界之間的其他形式能量與內能的相互轉化。（3）熱傳遞過程是系統與外界之間內能的轉移。（4）如果研究對象是理想氣體，由于理想氣體沒有分子勢能，所以當它的內能變化時，體現為分子平均動能的變化，從宏觀上看就是溫度發生了變化。2．三種特殊情況過程含義內能變化物理意義絕熱Q＝0ΔU＝W外界對物體做的功等于物體內能的增加等容W＝0ΔU＝Q物體吸收的熱量等于物體內能的增加等溫ΔU＝0W＝－Q外界對物體做的功等于物體放出的熱量1．某容器中的空氣被光滑活塞封住，容器和活塞絕熱性能良好，空氣可視為理想氣體。初始時容器中空氣的溫度與外界相同，壓強大于外界。現使活塞緩慢移動，直至容器中的空氣壓強與外界相同。此時，容器中空氣的溫度__________（填“高于”“低于”或“等于”）外界溫度，容器中空氣的密度__________（填“大于”“小于”或“等于”）外界空氣的密度。低于；大于活塞光滑、容器絕熱，容器內空氣體積增大，對外做功，由ΔU＝W＋Q知，氣體內能減少，溫度降低。氣體的壓強與溫度和單位體積內的分子數有關，由于容器內空氣的溫度低于外界溫度，但壓強相同，則容器中空氣的密度大于外界空氣的密度。2．（多選）（2021·湖南卷·15（1）改編）如圖，兩端開口、下端連通的導熱汽缸，用兩個輕質絕熱活塞（截面積分別為S1和S2）封閉一定質量的理想氣體，活塞與汽缸壁間無摩擦。在左端活塞上緩慢加細沙，活塞從A下降h高度到B位置時，活塞上細沙的總質量為m。在此過程中，用外力F作用在右端活塞上，使活塞位置始終不變。整個過程環境溫度和大氣壓強p0保持不變，系統始終處于平衡狀態，重力加速度為g。下列說法正確的是（）A．整個過程，理想氣體的分子平均動能保持不變B．整個過程，理想氣體的內能增大C．整個過程，理想氣體向外界釋放的熱量小于(p0S1h＋mgh)D．左端活塞到達B位置時，外力F等于ACD根據汽缸導熱且環境溫度沒有變，可知汽缸內的溫度也保持不變，則整個過程，理想氣體的分子平均動能保持不變，內能不變，A正確，B錯誤；由內能不變可知理想氣體向外界釋放的熱量等于外界對理想氣體做的功：Q＝W＜p0S1h＋mgh，C正確；左端活塞到達B位置時，根據壓強相等可得：p0＋＝p0＋，即F＝，D正確。考點二熱力學第一定律與圖像的綜合應用1．常見的基本類型（1）理想氣體狀態參量圖像問題，即p－V圖像、p－圖像、p－T圖像、V－T圖像等的理解與應用。（2）熱力學第一定律的認識理解：包括對ΔU＝Q＋W中各參量的物理含義及正負值得認知理解。（3）有時也會綜合應用W＝pΔV求恒壓情況下氣體對外做功的大小，或者借助p－V圖像曲線與橫軸圍成的面積表示W求做功。2．理想氣體的四個熱學過程比較項目壓強p體積V溫度T內能U外界對氣體做功W熱量Q等溫

過程增大減小不變不變＋放熱減小增大－吸熱等容

過程增大不變升高增大0吸熱減小降低減小放熱等壓

過程不變增大升高增大－吸熱減小降低減小＋放熱絕熱

過程增大減小升高增大＋0減小增大降低減小－（2024·山東省·歷年真題）一定質量理想氣體經歷如圖所示的循環過程，a→b過程是等壓過程，b→c過程中氣體與外界無熱量交換，c→a過程是等溫過程。下列說法正確的是（）A．a→b過程，氣體從外界吸收的熱量全部用于對外做功B．b→c過程，氣體對外做功，內能增加C．a→b→c過程，氣體從外界吸收的熱量全部用于對外做功D．a→b過程，氣體從外界吸收的熱量等于c→a過程放出的熱量CA．a→b過程壓強不變，是等壓變化且體積增大，氣體對外做功，由蓋－呂薩克定律可知，即內能增大，，根據熱力學第一定律ΔU＝Q＋W可知a→b過程，氣體從外界吸收的熱量一部分用于對外做功，另一部分用于增加內能，A錯誤；B．b→c過程中氣體與外界無熱量交換，即＝0，又由氣體體積增大可知，由熱力學第一定律ΔU＝Q＋W可知氣體內能減少，B錯誤；C．c→a過程為等溫過程，可知，＝0，根據熱力學第一定律可知a→b→c過程，氣體從外界吸收的熱量全部用于對外做功，C正確；D．根據熱力學第一定律結合上述解析可知：a→b→c→a一整個熱力學循環過程ΔU＝0，整個過程氣體對外做功，因此熱力學第一定律可得ΔU＝，故a→b過程氣體從外界吸收的熱量不等于c→a過程放出的熱量，D錯誤。（多選）（2022·山東省臨沂市期末）現有一定質量的理想氣體，讓其從狀態a開始，經歷過程ab、bc、cd、da回到原狀態a，其V－T圖像如圖所示，其中對角線ac的延長線過原點O。下列說法正確的是（）A．氣體從a到b再到c的過程中壓強先增大后減小B．狀態a與狀態c相比較，氣體分子在單位時間內撞擊器壁單位面積上的次數相等C．氣體在狀態a時的內能大于它在狀態c時的內能D．在過程cd中，氣體從外界吸收的熱量小于氣體對外界做的功AC由題圖可知，從a到b過程氣體溫度不變而體積減小，由玻意耳定律可知，氣體壓強增大，從b到c過程氣體體積不變而溫度降低，由查理定律可知，氣體壓強減小，因此從a到b再到c過程氣體的壓強先增大后減小，故A正確；由理想氣體的狀態方程＝C可知，V＝，從a到c，氣體的V與T成正比，則氣體的壓強不變，狀態a的溫度比狀態c的溫度高，狀態a氣體分子平均動能大于狀態c氣體分子平均動能，狀態a單個分子撞擊器壁的作用力較大，由于a、c兩狀態壓強相等，因此狀態a與狀態c相比較，氣體分子在狀態a單位時間內撞擊器壁單位面積上的次數較少，故B錯誤；一定質量的理想氣體內能由溫度決定，狀態a氣體的溫度比狀態c的溫度高，因此氣體在狀態a時的內能大于在狀態c時的內能，故C正確；cd過程氣體的溫度不變，氣體內能不變，氣體體積增大，氣體對外做功，由熱力學第一定律可知，cd過程氣體從外界吸收的熱量等于氣體對外做的功，故D錯誤。（2023高考·廣東卷）在駐波聲場作用下，水中小氣泡周圍液體的壓強會發生周期性變化，使小氣泡周期性膨脹和收縮，氣泡內氣體可視為質量不變的理想氣體，其膨脹和收縮過程可簡化為如圖所示的p－V圖像，氣泡內氣體先從壓強為p0、體積為V0、溫度為T0的狀態A等溫膨脹到體積為5V0、壓強為pB的狀態B，然后從狀態B絕熱收縮到體積為V0、壓強為1.9p0、溫度為TC的狀態C，B到C過程中外界對氣體做功為W。已知p0、V0、T0和W。求：（1）pB的表達式；（2）TC的表達式；（3）B到C過程，氣泡內氣體的內能變化了多少？（1）；（2）；（3）W（1）由題可知，根據玻意耳定律可得，解得（2）根據理想氣體狀態方程可知解得（3）根據熱力學第一定律可知ΔU＝W＋Q其中Q＝0，故氣體內能增加ΔU＝W處理熱力學第一定律與氣體圖像的綜合問題的思路1．根據氣體圖像的特點判斷氣體的溫度、體積的變化情況，從而判斷氣體與外界的吸、放熱關系及做功關系。2．在p－V圖像中，圖線與V軸圍成的面積表示氣體對外界或外界對氣體做的功。3．結合熱力學第一定律判斷有關問題。1．（2022·江蘇高考）如圖所示，一定質量的理想氣體分別經歷a→b和a→c兩個過程，其中a→b為等溫過程，狀態b、c的體積相同，則（）A．狀態a的內能大于狀態b B．狀態a的溫度高于狀態cC．a→c過程中氣體吸收熱量 D．a→c過程中外界對氣體做正功C由題意知a→b為等溫過程，即狀態a和狀態b的溫度相同，一定質量理想氣體的內能只與溫度有關，則狀態a的內能等于狀態b，故A錯誤；由于狀態b、c的體積相同，且pb＜pc，根據查理定律有，可知Tb＜Tc，又因為Ta＝Tb，故Ta＜Tc，即狀態a的溫度低于狀態c，故B錯誤；因為a→c過程中氣體體積增大，可知外界對氣體做負功，由B項分析知a→c過程中氣體溫度升高，則內能增加，根據熱力學第一定律ΔU＝W＋Q，可知氣體吸收熱量，故C正確，D錯誤。2．一定量的理想氣體的壓強p與熱力學溫度T的變化圖像如圖所示。下列說法正確的是（）A．A→B的過程中，氣體對外界做功，氣體內能增加B．A→B的過程中，氣體從外界吸收的熱量等于其內能的增加量C．B→C的過程中，氣體體積增大，對外做功D．B→C的過程中，氣體對外界放熱，內能減小B從A到B的過程，是等容升溫過程，氣體不對外做功，氣體從外界吸收熱量，使得氣體內能增加，故A錯誤，B正確；從B到C的過程是等溫壓縮過程，壓強增大，體積減小，外界對氣體做功，氣體放出熱量，內能不變，故C、D錯誤。3．如圖所示，一定質量的理想氣體在狀態A時壓強為2.0×105Pa，經歷A→B→C→A的過程，整個過程中對外界放出61.4J熱量。求該氣體在A→B過程中對外界所做的功。138.6J整個過程中，外界對氣體做功W＝WAB＋WCA，且WCA＝pA(VC－VA)由熱力學第一定律ΔU＝Q＋W，得WAB＝－(Q＋WCA)代入數據得WAB＝－138.6J，即氣體對外界做的功為138.6J。考點三熱力學第一定律與氣體實驗定律的綜合應用熱力學第一定律與氣體實驗定律的綜合問題的處理方法1．氣體實驗定律的研究對象是一定質量的理想氣體。2．解決具體問題時，分清氣體的變化過程是求解問題的關鍵，根據不同的變化，找出相關的氣體狀態參量，利用相關規律解決。3．對理想氣體，只要體積變化，外界對氣體（或氣體對外界）做功W＝pΔV；只要溫度發生變化，其內能就發生變化。4．結合熱力學第一定律ΔU＝W＋Q求解問題。（2024·重慶市·歷年真題）某救生手環主要由高壓氣罐密閉。氣囊內視為理想氣體。密閉氣囊與人一起上浮的過程中。若氣囊內氣體溫度不變，體積增大，則（）A．外界對氣囊內氣體做正功B．氣囊內氣體壓強增大C．氣囊內氣體內能增大D．氣囊內氣體從外界吸熱BAB．氣囊上浮過程，密閉氣體溫度不變，由玻意耳定律pV＝C可知，體積變大，則壓強變小，氣體對外做功，故AB錯誤；CD．氣體溫度不變，內能不變，氣體對外做功，W＜0，由熱力學第一定律ΔU＝Q＋W，則Q＞0，需要從外界吸熱，故C錯誤，D正確。（2021·山東卷）如圖所示，密封的礦泉水瓶中，距瓶口越近水的溫度越高。一開口向下、導熱良好的小瓶置于礦泉水瓶中，小瓶中封閉一段空氣。擠壓礦泉水瓶，小瓶下沉到底部；松開后，小瓶緩慢上浮，上浮過程中，小瓶內氣體（）A．內能減少B．對外界做正功C．增加的內能大于吸收的熱量D．增加的內能等于吸收的熱量B由于越接近礦泉水瓶口，水的溫度越高，因此小瓶上浮的過程中，小瓶內氣體溫度升高，內能增加，A錯誤；在小瓶上升的過程中，小瓶內氣體的溫度逐漸升高，壓強逐漸減小，根據理想氣體狀態方程＝C，可知氣體體積膨脹，對外界做正功，B正確；由A、B分析，可知小瓶上升時，小瓶內氣體內能增加，氣體對外做功，根據熱力學第一定律ΔU＝W＋Q，可知由于氣體對外做功，因此吸收的熱量大于增加的內能，C、D錯誤。（2024·全國·歷年真題）理想變壓器原、副線圈的匝數比為n1∶n2＝5∶1，原線圈接在電壓峰值為Um的正弦交變電源上，副線圈的回路中接有阻值為R的電熱絲，電熱絲密封在絕熱容器內，容器內封閉有一定質量的理想氣體，接通電路開始加熱，加熱前氣體溫度為T0。（1）求變壓器的輸出功率P；（2）已知該容器內的氣體吸收的熱量Q與其溫度變化量ΔT成正比，即Q＝CΔT，其中C已知。若電熱絲產生的熱量全部被氣體吸收，要使容器內的氣體壓強達到加熱前的2倍，求電熱絲的通電時間t。（1）；（2）（1）由原線圈正弦交流電的峰值可知變壓器輸入電壓有效值為設變壓器副線圈的輸出電壓為，根據理想變壓器的電壓與匝數之間的關系有聯立解得理想變壓器的輸出功率等于R的功率，即（2）設加熱前容器內氣體的壓強為，則加熱后氣體的壓強為，溫度為，容器內的氣體做等容變化，則有由Q＝CΔT知氣體吸收的熱量根據熱力學第一定律ΔU＝W＋Q氣體的體積不變，所以W＝0，容器是絕熱容器，則ΔU＝Q＝Pt＝即解得解答此類問題的基本流程1．肺活量測量儀模型如圖所示，一導熱性能良好、內壁光滑的汽缸內有兩個輕活塞A、B，活塞B緊靠固定閥門K，活塞A、B間封閉有一定質量的理想氣體，氣體體積V1＝6.0×103mL，壓強為一個標準大氣壓p0，用力推活塞A使其緩慢向右移動，當閥門K與活塞B間的氣體體積V2＝3.5×103mL時，測得氣體的壓強為1.2p0，忽略氣體溫度變化。（1）氣體的壓強為1.2p0時，求閥門K與活塞A間氣體的體積V；（2）此過程中，活塞A對活塞A、B間氣體做的功為504J，活塞A、B間氣體對活塞B做的功為395J，求活塞A、B間氣體放出的熱量Q。（1）1.5×103mL；（2）109J（1）氣體做等溫變化，初態為V1＝6.0×103mL，p1＝p0末態V2＝3.5×103mL＋V，p2＝1.2p0由玻意耳定律得p0V1＝1.2p0V2解得V＝1.5×103mL。（2）由熱力學第一定律，即ΔU＝Q＋W因溫度沒有變化，所以內能沒有變化，即ΔU＝0，故0＝504J－395J－Q解得Q＝109J。2．（2024·浙江省·歷年真題）如圖所示，一個固定在水平面上的絕熱容器被隔板A分成體積均為＝750cm3的左右兩部分。面積為S＝100cm2的絕熱活塞B被鎖定，隔板A的左側為真空，右側中一定質量的理想氣體處于溫度＝300K、壓強＝2.04×105Pa的狀態1。抽取隔板A，右側中的氣體就會擴散到左側中，最終達到狀態2。然后解鎖活塞B，同時施加水平恒力F，仍使其保持靜止，當電阻絲C加熱時，活塞B能緩慢滑動（無摩擦），使氣體達到溫度＝350K的狀態3，氣體內能增加ΔU＝63.8J。已知大氣壓強＝1.01×105Pa，隔板厚度不計。（1）氣體從狀態1到狀態2是_________（選填“可逆”或“不可逆”）過程，分子平均動能_________（選填“增大”、“減小”或“不變”）；（2）求水平恒力F的大小；（3）求電阻絲C放出的熱量Q。（1）不可逆不變；（2）10N；（3）89.3J（1）根據熱力學第二定律可知，氣體從狀態1到狀態2是不可逆過程，由于隔板A的左側為真空，可知氣體從狀態1到狀態2，氣體不做功，又沒有發生熱傳遞，所以氣體的內能不變，氣體的溫度不變，分子平均動能不變。（2）氣體從狀態1到狀態2發生等溫變化，則有解得狀態2氣體的壓強為＝1.02×105Pa解鎖活塞B，同時施加水平恒力F，仍使其保持靜止，以活塞B為對象，根據受力平衡可得解得（3）當電阻絲C加熱時，活塞B能緩慢滑動（無摩擦），使氣體達到溫度＝350K的狀態3，可知氣體做等壓變化，則有可得狀態3氣體的體積為該過程氣體對外做功為根據熱力學第一定律可得ΔU＝－W＋Q′解得氣體吸收的熱量為Q′＝ΔU＋W＝63.8J＋25.5J＝89.3J可知電阻絲C放出的熱量為Q＝Q′＝89.3J3．（2023·河南鄭州市第二次預測）如圖所示，圓柱形絕熱汽缸固定在傾角為θ的斜面上，汽缸深度為H，汽缸口有固定卡槽。汽缸內用質量為m、橫截面積為S的絕熱活塞封閉了一定質量的理想氣體，此時活塞到汽缸底部的距離為，汽缸內氣體溫度為T0。現緩慢對氣體加熱，一直到氣體溫度升高到3T0，加熱過程中電熱絲產生熱量Q。若電熱絲產生的熱量全部被氣體吸收，大氣壓強恒為p0，不計活塞及固定卡槽的厚度，活塞可沿汽缸壁無摩擦滑動且不漏氣。重力加速度為g，求：（1）氣體溫度升高到3T0時的壓強；（2）氣體溫度從T0升高到3T0的過程中增加的內能。（1）；（2）Q－（1）初始時活塞受力平衡，有p1S＝p0S＋mgsinθ，解得p1＝p0＋活塞達到卡槽前壓強恒為p1，由蓋-呂薩克定律得解得T1＝2T0活塞達到卡槽后體積不變，由查理定律得解得p2＝。（2）電熱絲產生的熱量為Q，氣體對外做功W＝由熱力學第一定律ΔU＝Q－W知，氣體增加的內能ΔU＝Q－。考點四熱力學第二定律熱力學第二定律1．常見的兩種表述：（1）克勞修斯表述：熱量不能自發地從低溫物體傳到高溫物體。（2）開爾文表述：不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產生其他影響。（3）熱機工作過程示意圖制冷機工作過程示意圖2．熱力學第二定律的理解（1）在熱力學第二定律的表述中“自發地”“不產生其他影響”的含義。①“自發地”指明了熱傳遞現象的方向性，不需要借助外界提供能量的幫助。②“不產生其他影響”是說發生的熱力學宏觀過程只在本系統內完成，對周圍環境不產生熱力學方面的影響。如吸熱、放熱、做功等。（2）熱力學第二定律的實質熱力學第二定律的每一種表述，都揭示了大量分子參與宏觀過程的方向性，進而使人們認識到自然界中進行的涉及熱現象的宏觀過程都具有方向性。（3）熱力學過程方向性實例①高溫物體低溫物體②功內能③氣體體積（較小）氣體體積（較大）④不同氣體A和B混合氣體AB（4）熱力學第二定律的微觀意義：一切自發過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行。3．第二類永動機：違背宏觀熱現象方向性的機器被稱為第二類永動機。這類永動機不違背能量守恒定律，但它違背了熱力學第二定律，也是不可能制成的。4．熱力學第二定律的“熵”描述：在任何自然過程中，一個孤立系統的總熵不會減小。（2022·高考廣東卷）利用空調將熱量從溫度較低的室內傳遞到溫度較高的室外環境，這個過程___________（選填“是”或“不是”）自發過程。該過程空調消耗了電能，空調排放到室外環境的熱量_______（選填“大于”“等于”或“小于”）從室內吸收的熱量。不是；大于利用空調將熱量從溫度較低的室內傳遞到溫度較高的室外環境，通過壓縮機做功，消耗了能量，因此這個過程不是自發過程；根據熱力學第二定律，不可能從單一熱源取熱，使之完全轉化為有用的功，而不產生其他影響，因此空調把熱量從溫度較低的室內傳遞到溫度較高的室外需要消耗電能，即空調排放到室外環境的熱量大于從室內吸收的熱量。（多選）下列說法正確的是（）A．冰箱能使熱量從低溫物體傳遞到高溫物體，因此不遵循熱力學第二定律B．自發的熱傳導是不可逆的C．可以通過給物體加熱而使它運動起來，但不產生其他影響D．氣體向真空膨脹具有方向性BD有外界的幫助和影響，熱量可以從低溫物體傳遞到高溫物體，仍遵循熱力學第二定律，A錯誤；由熱力學第二定律可知，自發的熱傳導是不可逆的，B正確；不可能通過給物體加熱而使它運動起來但不產生其他影響，這違背了熱力學第二定律，C錯誤；氣體可自發地向真空容器膨脹，具有方向性，D正確。熱力學第一、第二定律的比較熱力學第一定律熱力學第二定律定律揭示的問題從能量守恒的角度揭示了功、熱量和內能改變量三者的定量關系自然界中出現的宏觀過程是有方向性的機械能和內能的轉化當摩擦力做功時，機械能可以全部轉化為內能內能不可能在不引起其他變化的情況下完全變成機械能熱量的傳遞熱量可以從高溫物體自發傳向低溫物體熱量不能自發地從低溫物體傳向高溫物體兩定律的關系在熱力學中，兩者既相互獨立，又互為補充，共同構成了熱力學知識的理論基礎兩類永動機的比較第一類永動機第二類永動機設計要求不需要任何動力或燃料，卻能不斷地對外做功的機器從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功，而不產生其他影響的機器不可能制成的原因違背能量守恒定律不違背能量守恒定律，違背熱力學第二定律1．（2022·高考湖南卷，T15改編）（多選）利用“渦流效應”可實現冷熱氣體的分離。如圖，一冷熱氣體分離裝置由噴嘴、渦流室、環形管、分離擋板和冷熱兩端管等構成。高壓氮氣由噴嘴切向流入渦流室中，然后以螺旋方式在環形管中向右旋轉前進，分子熱運動速率較小的氣體分子將聚集到環形管中心部位，而分子熱運動速率較大的氣體分子將聚集到環形管邊緣部位。氣流到達分離擋板處時，中心部位氣流與分離擋板碰撞后反向，從A端