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热力学第一定律

2022-12-30 16:47:26 散热理论

1.改变物体内能的两种方式

做功和热传递是改变物体内能的两种方式。做功和热传递在改变物体的内能上是等效的。但从能量的转化和守恒的观点来看是有区别的:做功的过程是其他形式的能量和内能之间相互转化的过程,功是能量转化的量度;热传递是内能的转移,热量是内能转移的量度。

image.png外界对物体做功,物体内能增大

2.热力学第一定律内容

一个热力学系统的内能增量ΔU等于外界向它传递的热量Q与外界对它所做的功W的和。其数学表达式为:ΔU=Q+W。


3.热力学第一定律的应用

热力学第一定律的表达式:ΔU=W+Q,揭示了能量的转化和守恒定律,在实际中具有很广泛的应用。在运用ΔU=W+Q分析问题时,首先必须理解表达式的物理意义,掌握它的符号法则:

①.外界对物体做功,W取正值;物体对外界做功,W取负值。

②.物体吸热,Q取正值;物体放热,Q取负值。

③.物体内能增加,ΔU取正值;物体内能减少,ΔU取负值。如果事先不便确定其正负,可以先假定它为正,在定量计算出结果后再作出判断。若大于零,说明与原假定的相同,若小于零则相反。必须指出的是,一般来说,系统对外界做功,表现出系统体积膨胀;外界对系统做功,系统体积则被压缩。但在某些特定条件下,例如气体自由膨胀(外界为真空)时,气体就没有克服外力做功。另外,在判断内能变化时,还必须结合物态变化以及能量的转化与守恒。

image.png北方冬天取暖炕原理——热量的传递

4.应用热力学第一定律解题

1>确定研究对象,就是要明确发生内能变化的是哪一个物体或哪一个热力学系统。

2>定性分析研究对象的内能变化是由外界哪些物体或系统通过哪些过程引起的。

3>根据符号法则,确定ΔU、Q、W的正负号,代入公式ΔU=W+Q进行计算。


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