熱力學(xué)定律（選修三第三章）
（1）焦耳的實(shí)驗(yàn)
絕熱過(guò)程：系統(tǒng)不從外界吸熱，也不向外界放熱的過(guò)程。
【代表性實(shí)驗(yàn)】
①重物下落時(shí)帶動(dòng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，攪拌容器中的水，水由于摩擦而溫度上升。
②通過(guò)電流的熱效應(yīng)給液體加熱。
實(shí)驗(yàn)結(jié)論：在熱力學(xué)系統(tǒng)的絕熱過(guò)程中，外界對(duì)系統(tǒng)做的功僅由過(guò)程的始末兩個(gè)狀態(tài)決定，不依賴(lài)于做功的具體過(guò)程和方式。
內(nèi)能：只依賴(lài)于熱力學(xué)系統(tǒng)自身狀態(tài)的物理量。
（2）功與內(nèi)能的改變
在熱力學(xué)系統(tǒng)的絕熱過(guò)程中，當(dāng)系統(tǒng)從狀態(tài)1經(jīng)過(guò)絕熱過(guò)程達(dá)到狀態(tài)2時(shí)，內(nèi)能的變化量，等于外界對(duì)系統(tǒng)所做的功W，即
。
的適用條件是絕熱過(guò)程。
做功改變物體內(nèi)能的過(guò)程是其他形式的能(如機(jī)械能)與內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化的過(guò)程。
在絕熱過(guò)程中：外界對(duì)系統(tǒng)做功，系統(tǒng)的內(nèi)能增加；系統(tǒng)對(duì)外做功，系統(tǒng)的內(nèi)能減少。外界對(duì)物體做功，則W>0，外界對(duì)物體做多少功，就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，物體的內(nèi)能就增加多少；物體對(duì)外界做功，則W<0.物體對(duì)外界做多少功，就有多少內(nèi)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，物體的內(nèi)能就減少多少。
做功改變物體內(nèi)能的過(guò)程是其他形式的能(如機(jī)械能)與內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化的過(guò)程。
功與內(nèi)能的區(qū)別：功是過(guò)程量，內(nèi)能是狀態(tài)量；物體的內(nèi)能大，并不意味著做功多。在絕熱過(guò)程中，只有內(nèi)能變化越大時(shí)，相應(yīng)地做功才越多。
【注意】
外界對(duì)某一系統(tǒng)做功時(shí)系統(tǒng)的內(nèi)能不一定增加，還要看該系統(tǒng)有沒(méi)有向外放熱，以及向外放熱的多少。
在絕熱過(guò)程中，做功一定能引起內(nèi)能的變化．在絕熱過(guò)程中，系統(tǒng)內(nèi)能的增加量等于外界對(duì)系統(tǒng)所做的功。
（3）熱與內(nèi)能的改變
傳熱：熱從高溫物體傳到了低溫物體。條件：物體的溫度不同。
熱量：在單純的傳熱過(guò)程中系統(tǒng)內(nèi)能變化的量度。
熱與內(nèi)能的改變：當(dāng)系統(tǒng)從狀態(tài)1經(jīng)過(guò)單純的傳熱達(dá)到狀態(tài)2時(shí)，內(nèi)能的變化量等于外界向系統(tǒng)傳遞的熱量Q，即
。
傳熱改變物體內(nèi)能的過(guò)程是不同物體之間(或同一物體不同部分之間)內(nèi)能的轉(zhuǎn)移。
熱傳遞與物體的內(nèi)能的多少無(wú)關(guān)，只與兩個(gè)物體(或一個(gè)物體的兩部分)的溫度差有關(guān)，熱量總是從高溫物體自發(fā)地傳遞到低溫物體。
【傳熱與做功在改變系統(tǒng)內(nèi)能上的異同】
①做功和傳熱都能引起系統(tǒng)內(nèi)能的改變。
②做功時(shí)，內(nèi)能與其他形式的能發(fā)生轉(zhuǎn)化；傳熱只是不同物體(或一個(gè)物體的不同部分)之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移。
【熱量和內(nèi)能】
①內(nèi)能是由系統(tǒng)的狀態(tài)決定的，狀態(tài)確定，系統(tǒng)的內(nèi)能也隨之確定．要使系統(tǒng)的內(nèi)能發(fā)生變化，可以通過(guò)熱傳遞和做功兩種方式來(lái)完成。
②熱量是熱傳遞過(guò)程中的特征物理量，熱量只是反映物體在狀態(tài)變化過(guò)程中所轉(zhuǎn)移的能量，是用來(lái)衡量物體內(nèi)能變化的，有過(guò)程，才有變化，離開(kāi)過(guò)程，毫無(wú)意義。
③對(duì)某一狀態(tài)而言，只有“內(nèi)能”，不存在“熱量”和“功”．不能說(shuō)一個(gè)系統(tǒng)中含有多少熱量。
熱量與溫度：熱量是系統(tǒng)的內(nèi)能變化的量度，而溫度是系統(tǒng)內(nèi)大量分子做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)劇烈程度的標(biāo)志。
熱傳遞的前提條件是兩個(gè)系統(tǒng)之間要有溫度差，傳遞的是熱量而不是溫度。
【改變內(nèi)能的兩種方式的比較】
改變內(nèi)能的兩種方式：做功與傳熱。兩者對(duì)改變系統(tǒng)的內(nèi)能是等價(jià)的。
熱力學(xué)第一定律：一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能變化量等于外界向它傳遞的熱量與外界對(duì)它所做的功的和。
熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式：。
公式符號(hào)說(shuō)明
①W的正負(fù)：外界對(duì)系統(tǒng)做功時(shí)，W取正值；系統(tǒng)對(duì)外界做功時(shí)，W取負(fù)值。
②Q的正負(fù)：外界對(duì)系統(tǒng)傳遞的熱量Q取正值；系統(tǒng)向外界傳遞的熱量Q取負(fù)值。
【氣體狀態(tài)變化的幾種特殊情況】
①絕熱過(guò)程：Q＝0，則ΔU＝W，系統(tǒng)內(nèi)能的增加(或減少)量等于外界對(duì)系統(tǒng)(或物體對(duì)外界)做的功。
②等容過(guò)程：W＝0，則ΔU＝Q，物體內(nèi)能的增加量(或減少量)等于系統(tǒng)從外界吸收(或系統(tǒng)向外界放出)的熱量。
③等溫過(guò)程：始末狀態(tài)一定質(zhì)量理想氣體的內(nèi)能不變，即ΔU＝0，則W＝－Q，外界對(duì)系統(tǒng)做的功等于系統(tǒng)放出的熱量(或系統(tǒng)吸收的熱量等于系統(tǒng)對(duì)外界做的功)。
【判斷氣體是否做功的方法】
一般情況下看氣體的體積是否變化。
①若氣體體積增大，表明氣體對(duì)外界做功，W<0。
②若氣體體積減小，表明外界對(duì)氣體做功，W>0。
【應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解題的一般步驟】
①根據(jù)符號(hào)法則寫(xiě)出各已知量(W、Q、ΔU)的正負(fù)；
②根據(jù)方程ΔU＝W＋Q求出未知量；
③再根據(jù)未知量結(jié)果的正負(fù)來(lái)確定吸放熱情況、做功情況或內(nèi)能變化情況。
3.能量守恒定律
（1）探索能量守恒的足跡
內(nèi)容：能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，能量的總量保持不變。
【能量守恒的兩種表達(dá)】
①某種形式的能減少，一定有其他形式的能增加，且減少量和增加量一定相等。
②某個(gè)物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且減少量和增加量一定相等。
【能量的存在形式及相互轉(zhuǎn)化】
①各種運(yùn)動(dòng)形式都有對(duì)應(yīng)的能：機(jī)械運(yùn)動(dòng)有機(jī)械能，分子的熱運(yùn)動(dòng)有內(nèi)能，還有電磁能、化學(xué)能、核能等。
②各種形式的能，通過(guò)某種力做功可以相互轉(zhuǎn)化。例如：利用電爐取暖或燒水，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；煤燃燒，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；列車(chē)剎車(chē)后，輪子溫度升高，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。
（3）永動(dòng)機(jī)不可能制成
①第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)：不需要任何動(dòng)力或燃料，卻能不斷地對(duì)外做功的機(jī)器。
②第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)由于違背了能量守恒定律，所以不可能制成。如果沒(méi)有外界供給熱量而對(duì)外做功，由ΔU＝W+Q知，系統(tǒng)內(nèi)能將減小。若想源源不斷地做功，在無(wú)外界能量供給的情況下是不可能的。
4.熱力學(xué)第二定律
（1）熱力學(xué)第一定律
定義：在物理學(xué)中，反映宏觀自然過(guò)程的方向性的定律．
【熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述】
熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。(闡述的是傳熱的方向性。)
①熱傳導(dǎo)具有方向性：兩個(gè)溫度不同的物體相互接觸時(shí)，熱量會(huì)自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體，而低溫物體不可能自發(fā)地將熱量傳給高溫物體，要實(shí)現(xiàn)低溫物體向高溫物體傳遞熱量，必須借助外界的幫助，因而產(chǎn)生其他影響或引起其他變化。
②氣體的擴(kuò)散現(xiàn)象具有方向性：兩種不同的氣體可以自發(fā)地進(jìn)入對(duì)方，最后成為均勻的混合氣體，但這種均勻的混合氣體，決不會(huì)自發(fā)地分開(kāi)，成為兩種不同的氣體。
③機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過(guò)程具有方向性：物體在地面上運(yùn)動(dòng)，因摩擦而逐漸停止下來(lái)，但絕不可能出現(xiàn)物體吸收原來(lái)傳遞出去的熱量后，在地面上重新運(yùn)動(dòng)起來(lái)。
④氣體向真空膨脹具有方向性：氣體可自發(fā)地向真空容器內(nèi)膨脹，但絕不可能出現(xiàn)氣體自發(fā)地從容器中流出，使容器內(nèi)變?yōu)檎婵铡?/span>
【熱力學(xué)第二定律的開(kāi)爾文表述】
①熱機(jī)工作的兩個(gè)階段：第一個(gè)階段是燃燒燃料，把燃料中的化學(xué)能變成工作物質(zhì)的內(nèi)能；第二個(gè)階段是工作物質(zhì)對(duì)外做功，把自己的內(nèi)能變成機(jī)械能。
②熱機(jī)用于做功的熱量一定小于它從高溫?zé)釒?kù)吸收的熱量，即W<Q。
內(nèi)容：不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響。(該表述闡述了機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性)。
“自發(fā)地”是指：熱量從高溫物體“自發(fā)地”傳給低溫物體的方向性。在傳遞過(guò)程中不會(huì)對(duì)其他物體產(chǎn)生影響或借助其他物體提供能量等。
“不產(chǎn)生其他影響”的含義是：發(fā)生的熱力學(xué)宏觀過(guò)程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對(duì)周?chē)h(huán)境不產(chǎn)生熱力學(xué)方面的影響。如吸熱、放熱、做功等。
“單一熱庫(kù)”：指溫度均勻并且恒定不變的系統(tǒng)。若一系統(tǒng)各部分溫度不相同或者溫度不穩(wěn)定，則構(gòu)成機(jī)器的工作物質(zhì)可以在不同溫度的兩部分之間工作，從而可以對(duì)外做功．據(jù)報(bào)道，有些國(guó)家已在研究利用海水上下溫度不同來(lái)發(fā)電。
“不可能”：實(shí)際上熱機(jī)或制冷機(jī)系統(tǒng)循環(huán)時(shí)，除了從單一熱庫(kù)吸收熱量對(duì)外做功，以及熱量從低溫?zé)釒?kù)傳到高溫?zé)釒?kù)以外，過(guò)程所產(chǎn)生的其他一切影響，不論用任何的辦法都不可能加以消除。
熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述和開(kāi)爾文表述是等價(jià)的。
【熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律的比較】
【兩類(lèi)永動(dòng)機(jī)的比較】
（2）能源是有限的
能源：具有高品質(zhì)的容易利用的儲(chǔ)能物質(zhì)。
能量耗散：使用的能源轉(zhuǎn)化成內(nèi)能分散在環(huán)境中不能自動(dòng)聚集起來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)器做功，這樣的轉(zhuǎn)化過(guò)程叫作“能量耗散”。
能源的使用過(guò)程中雖然能的總量保持不變，但能量的品質(zhì)下降了，能源減少了。
能量與能源的區(qū)別：①能量是守恒的，既不會(huì)增加也不會(huì)減少；②能源是能夠提供可利用能量的物質(zhì)；③能量耗散，能量總量不變，但能量品質(zhì)會(huì)下降即能源減少，故我們要節(jié)約能源。
