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第十章热力学定律 1功和内能 思考 冬天搓手可使双手变暖 向手吹气也可使双手变暖 是什么原因使温度发生了变化呢 物体的内能与温度和体积的关系 温度变时分子动能变 体积变时分子势能变 因此物体的内能决定于它的温度和体积 但是这句话却不能作为判断两物体内能大小的依据 如两物体温度和体积均相同 而内能却没有确定的关系 再如 0OC的冰熔化成0OC水体积减小 不能就此认为其势能也减小 而应该从改变内能的方式上分析 冰熔化过程吸收热量 内能增加 而温度不变 所增加的只是分子的势能 一 焦耳的实验 Jouleexperiment 焦耳实验揭示了热量与功之间确定的当量关系 卡 4 186焦耳 表明机械运动或电磁运动与热运动之间是可以相互转化的 它启迪人们继续发现了各种物质运动之间的相互转化关系 为能量转化和守恒定律的建立奠定了基础 焦耳在做热功当量实验 实验一 对系统做机械功 重物下落带动轮叶旋转 通过搅拌对绝热容器内的液体做功 使液体升温 即状态发生变化 结论 只要重力所做的功相同 容器内水温上升的数值就相同 即系统状态的变化是相同的 实验二 对系统做电功 电流通过电热丝使绝热容器内的液体温度升高 结论 对同一系统 在绝热过程中只要所做的电功相同 系统温度上升的数值就相同 即系统的状态变化相同 从焦耳的实验中可以得出什么结论 1 在各种不同的绝热过程中 系统状态的改变与做功方式无关 仅与做功数量有关 2 测出了热功的数量关系 热与机械功之间的数量量关系 为热力学第一定律和能量守恒定律的建立奠定了实验基础 在热力学系统的绝热过程中 外界对系统所做的功仅由过程的始末两个状态决定 不依赖于做功的具体过程和方式 类比思考 哪些力做功仅由物体的起点和终点两个位置决定 与物体的运动路径无关 重力 电场力 重力做功对应重力势能 电场力做功对应电势能 电能 在热力学系统的绝热过程中 外界对系统所做的功仅由过程的始末两个状态决定 不依赖于做功的具体过程和方式 功是能量转化的量度 内能U 只依赖于系统自身状态的物理量 内能与状态参量温度 体积有关即由它的状态决定 内能的增加量 U U2 U1等于外界对系统所做的功 U W 二 内能 拓展思考 在绝热过程中 外界对系统做功 系统的内能怎么变 数量上有什么关系 若系统对外界做功呢 2 当系统从状态1经过绝热过程达到状态2时 内能的增加量 U U2 U1就等于外界对系统所做的功W 即 U W 拓展 对于气体在膨胀或压缩的情况下 气体做功有如下结论 膨胀时气体对外界做功 压缩时外界对气体做功 也即气体体积增大 则气体对外界做功 气体体积减小 则外界对气体做功 若在绝热的情况下 气体对外界做功其内能减少 外界对气体做功其内能增加 呈现雾状 1 系统指的是什么 实验研究的对象是瓶中的气体与打气筒中的气体 那么我们的系统也就是这两部分气体 2 出现了什么现象 3 为什么会呈现雾状 为什么会呈现雾状 当用打气筒向瓶内打气时 外界对系统做功 使得系统的内能增加 温度升高 压强增大 使瓶塞从瓶口中喷出 看到雾状物的原因在于 在塞子突然跳起时 气体绝热膨胀对外做功 内能减少 温度下降 水蒸汽 或酒精蒸气 有一部分被液化成小液滴 1 下列说法正确的是 A分子的动能与分子的势能的和叫做这个分子的内能B物体的分子势能由物体的温度和体积决定C物体的速度增大时 物体的内能增大D物体的内能减小时 物体的温度可能增加 D 练习巩固 2 如图所示 绝热具有一定质量的活塞 活塞的上部封闭着气体 下部为真空 活塞与器壁的摩擦忽略不计 置于真空中的轻弹簧的一端固定于理想气体容器的底部 另一端固定在活塞上 弹簧被压缩后用绳扎紧 此时弹簧的弹性势能为EP 弹簧处于自然长度时的弹性势能为零 现绳突然断开 弹簧推动活塞向上运动 经过多次往复运动后活塞静止 气体达到平衡态 经过此过程 A EP全部转换为气体的内能B EP一部分转换成活塞的