第3讲 热力学定律与能量守恒定律
知识排查
热力学第一定律
1.改变物体内能的两种方式
(1)做功；(2)热传递。
2.热力学第一定律
(1)内容：如果物体与外界之间同时存在做功和热传递的过程，那么，物体内能的增加量ΔU等于外界对物体所做的功W与物体从外界吸收的热量Q之和。
(2)表达式：ΔU＝Q＋W。
(3)ΔU＝Q＋W中正、负号法则：
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物理量
意义
符号
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W
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Q
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ΔU
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＋
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外界对物体做功
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物体吸收热量
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内能增加
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－
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物体对外界做功
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物体放出热量
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内能减少
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能量守恒定律
1.内容
能量既不会消失，也不会创生，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者是从一个物体转移到另一个物体，而能量的总值保持不变。
2.条件性
能量守恒定律是自然界的普遍规律，某一种形式的能是否守恒是有条件的。
3.第一类永动机是不可能制成的，它违背了能量守恒定律。
热力学第二定律
1.热力学第二定律的两种表述
(1)克劳修斯表述：不可能使热量从低温物体传向高温物体而不引起其他变化。
(2)开尔文表述：不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用功而不引起其他变化。或表述为“第二类永动机是不可能制成的”。
2.熵增加原理
在孤立系统中，一切不可逆过程必然朝着熵增加的方向进行。
3.热力学第二定律的微观本质
一切不可逆过程总是沿着大量分子热运动无序程度增大的方向进行。
4.第二类永动机不可能制成的原因是违背了热力学第二定律。
小题速练
1.(多选)下列说法正确的是( )
A.外界压缩气体做功20 J，气体的内能可能不变
B.电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递
C.科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机
D.对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减少，形成能源危机
E.一定量100 ℃的水变成100 ℃的水蒸气，其分子之间的势能增加
答案 ABE
2.(多选)下列说法正确的是( )
A.分子间距离增大时，分子间的引力减小，斥力增大
B.当分子间的作用力表现为斥力时，随分子间距离的减小分子势能增大
C.一定质量的理想气体发生等温膨胀，一定从外界吸收热量
D.一定质量的理想气体发生等压膨胀，一定向外界放出热量
E.熵的大小可以反映物体内分子运动的无序程度
解析 分子间距离增大时，分子间的引力、斥力都减小，A错误；当分子间的作用力表现为斥力时，随分子间距离的减小，斥力做负功，分子势能增大，B正确，等温膨胀，温度不变，气体内能不变，体积增大，对外做功。内能要减小，要保持内能不变，所以需要从外界吸收热量，C正确，等压膨胀，压强不变，体积增大，根据公式＝C可得温度升高，内能增大，需要吸收热量，故D错误，熵的物理意义反映了宏观过程对应的微观状态的多少，标志着宏观状态的无序程度，即熵是物体内分子运动无序程度的量度，E正确。
答案 BCE
3.(多选)对于热力学第一定律和热力学第二定律的理解，下列说法正确的是( )
A.一定质量的气体膨胀对外做功100 J，同时从外界吸收120 J的热量，则它的内能增大20 J
B.物体从外界吸收热量，其内能一定增加；物体对外界做功，其内能一定减少
C.凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量只能从高温物体传递给低温物体，而不能从低温物体传递给高温物体
D.第二类永动机违反了热力学第二定律，没有违反热力学第一定律
E.热现象过程中不可避免地出现能量耗散现象，能量耗散符合热力学第二定律
解析 根据热力学第一定律知ΔU＝W＋Q＝－100 J＋120 J＝20 J，故选项A正确；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知物体从外界吸收热量，其内能不一定增加，物体对外界做功，其内能不一定减少，选项B错误；通过做功的方式可以让热量从低温物体传递给高温物体，如电冰箱，选项C错误；第二类永动机没有违反能量守恒定律，热力学第一定律是能量转化和守恒定律在热学中的反映，因此第二类永动机没有违反热力学第一定律，不能制成是因为它违反了热力学第二定律，故选项D正确；能量耗散过程体现了宏观自然过程的方向性，符合热力学第二定律，选项E正确。
