和其他学科一样,热力学也经过了一个漫长的发展过程。19世纪初,由于蒸汽机的进一步发展,迫切需要研究热和功的关系,对蒸汽机“出力”作出理论上的分析,所以热与机械功的相互转化得到了广泛的研究。说白了就是生产实践的需要,才使得人们发现了这个定律。具体的发展历程我们不再赘述,面向高考我们需要把握以下内容
热力学第一定律的内容:物体内能的增加等于物体吸收的热量和对物体所作的功的总和,表达式为△U=Q+W。注意,Q表示热量,如果是吸收热量,我们记作正,如果是放出热量,我们记作负。W表示功,如果是外界对所研究对象做工,那么我们记作正,否则我们记作负。
热力学第一定律的另一种表述是:第一类永动机是不可能造成的。这是许多人幻想制造的能不断地作功而无需任何燃料和动力的机器,是能够无中生有、源源不断提供能量的机器。显然,第一类永动机违背能量守恒定律。还可以这样理解,系统在绝热状态时,功只取决于系统初始状态和结束状态的能量,和过程无关。经过绝热循环,其所做的功为零,因此第一类永动机是不可能的。
热力学第一定律是对能量守恒和转换定律的一种表述方式。因此,热力学第一定律本质上与能量守恒定律是的等同的,是一个普适的定律,适用于宏观世界和微观世界的所有体系,适用于一切形式的能量。
热力学第一定律的适用范围,系统必须为封闭系统,有物质交换的敞开系统不在热力学第一定律的考虑范围之内。说白了就是物质不能随意增加或者减少,否则的话,这个定律就是错的。
最后,我们再强调几点大家容易犯错的地方。
一是内能的变化由两个因素决定,所以吸热后内能不一定增加。
二是内能是分子平均动能和分子势能的和,分子平均动能Ek与热力学温度T是正比例关系,所以内能是微观表现形式,温度T是宏观表现方式。
?三是W与气体的体积相关,V减小,则是外界对气体做正功(压缩气体)。反之,V增大,则是外界对气体做负功(气体膨胀向外界做功)。
四是如果研究对象是一定量的理想气体,就不用考虑分子势能。那么这部分气体内能变化△U,就只与分子平均动能Ek相关,宏观表现就是只和温度T相关。说白了理想气体的内能的唯一标志是温度,而其他物质的内能不光要考虑温度,还要考虑体积。这一点大家要特别注意。
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