1 熱力學(xué)第一定律

⑴熱力學(xué)第一定律表示的是功、熱量跟內(nèi)能改變之間的定量關(guān)系。

⑵內(nèi)容：一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)內(nèi)能的變化ΔE，決定于系統(tǒng)與外界交換的熱量Q和做功W。

⑶表達(dá)式：ΔE=W+Q。

⑷符號(hào)定則：外界對(duì)物體做功，W取正值；物體對(duì)外界做功，W取負(fù)值。物體吸熱，Q取正值；物體放熱，Q取負(fù)值。物體內(nèi)能增加，ΔE取正值；物體內(nèi)能減少，ΔE取負(fù)值。

⑸注意：一般來說，系統(tǒng)對(duì)外界做功，表現(xiàn)出體積膨脹；外界對(duì)系統(tǒng)做功，表現(xiàn)出體積則被壓縮。但在某些特定條件下，例如氣體自由膨脹（外界為真空）時(shí)，氣體就沒有克服外力做功。另外，在判斷內(nèi)能變化時(shí)，還必須結(jié)合物態(tài)變化及能量守恒來進(jìn)行。

⑹熱力學(xué)第一定律的幾種典型應(yīng)用：

①若過程是絕熱的，即Q=0，則W=ΔU，外界對(duì)物體做的功等于物體內(nèi)能的增加；或者物體對(duì)外界做的功等于物體內(nèi)能的減少。

②若過程中不做功，即W=0，則Q=ΔU，物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加；或者物體放出的熱量等于物體內(nèi)能的減少。

③若過程的始末物體的內(nèi)能不變，即ΔU=0，則W+Q=0，外界對(duì)物體做的功等于物體放出的熱量，或者物體對(duì)外界做的功等于物體吸收的熱量。

2 熱力學(xué)第二定律

⑴熱傳導(dǎo)的方向性：熱量會(huì)自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體，但不會(huì)自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體。這說明：熱傳導(dǎo)的過程是有方向性的。這個(gè)過程可以向一個(gè)方向自發(fā)地進(jìn)行，但是向相反的方向卻不能自發(fā)地進(jìn)行。要實(shí)現(xiàn)相反的過程，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。

⑵第二類永動(dòng)機(jī)：從單一熱源吸收熱量，全部用來做功，而不引起其他變化的熱機(jī)。

第二類永動(dòng)機(jī)不違反能量守恒定律，但不可能制成。表示機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性，盡管機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，內(nèi)能卻不能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，同時(shí)不引起其他變化。

⑶熱力學(xué)第二定律兩種表述

表述一（按照熱傳導(dǎo)的方向性來表述）：不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其他變化。

表述二（按照機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程的方向性來表述）：不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化。它也可以表述為：第二類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的。

以上兩種表述是等價(jià)的，即可以從一種表述導(dǎo)出另一種表述。

⑷熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)

熱力學(xué)第二定律揭示了大量分子參與宏觀過程的方向性，使人們認(rèn)識(shí)到自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性。

⑸熱力學(xué)第一、第二定律意義的比較

通過摩擦，功可以全部變?yōu)闊?。熱力學(xué)第二定律卻說明這一熱量不可能在不引起其他變化的情況下完全變成功。熱量可以從高溫物體自動(dòng)傳向低溫物體，而熱力學(xué)第二定律卻說明熱量不能自動(dòng)從低溫物體傳向高溫物體。熱力學(xué)第一定律說明在任何過程中能量必須守恒，熱力學(xué)第二定律卻說明并非所有能量守恒的過程均能實(shí)現(xiàn)。熱力學(xué)第二定律是反映自然界過程進(jìn)行的方向和條件的一個(gè)規(guī)律，它指出自然界中出現(xiàn)的過程是有方向性的，某些方向的過程可以實(shí)現(xiàn)，而另一方向的過程則不能實(shí)現(xiàn)。在熱力學(xué)中，它和第一定律相輔相成，缺一不可。

3 熱力學(xué)第三定律

熱力學(xué)零度等于-273.15℃ 。熱力學(xué)溫度是低溫的極限，只能無限接近，但不可達(dá)到。

4 實(shí)例分析

例1 關(guān)于物體內(nèi)能的變化，以下說法中正確的是（ ）

A.物體吸收熱量，內(nèi)能一定增加

B.物體對(duì)外做功，內(nèi)能一定減少

C.物體吸收熱量，同時(shí)對(duì)外做功，內(nèi)能可能不變

D.物體放出熱量，同時(shí)對(duì)外做功，內(nèi)能可能不變

解析 根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔE=W+Q知，物體內(nèi)能的變化與外界對(duì)氣體做功（或氣體對(duì)外界做功）、氣體從外界吸熱（或向外界放熱）兩種因素有關(guān)。物體吸收熱量，但有可能同時(shí)對(duì)外做功，故內(nèi)能有可能不變或減小，所以選項(xiàng)A錯(cuò)。同理，物體對(duì)外做功的同時(shí)有可能吸熱，內(nèi)能不一定減少，選項(xiàng)B錯(cuò)。若物體吸收的熱量與對(duì)外做功相等，則內(nèi)能不變，選項(xiàng)C正確。而放熱與對(duì)外做功均使物體內(nèi)能減少，選項(xiàng)D錯(cuò)。故本題正確選項(xiàng)為C。

例2 第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成，是因?yàn)椋?）

A.違背了能量守恒定律

B.熱量總是從高溫物體傳遞到低溫物體

C.機(jī)械能不能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能

D.內(nèi)能不能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，同時(shí)不引起其他變化

解析 第二類永動(dòng)機(jī)的設(shè)想并不違背能量守恒定律，但卻違背了涉及熱現(xiàn)象的能量轉(zhuǎn)化過程是有方向性的規(guī)律。故選項(xiàng)A錯(cuò)。在引起其他變化的情況下，熱量也可以由低溫物體非自發(fā)地傳遞到高溫物體。故選項(xiàng)B錯(cuò)。機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，如物體克服摩擦力做功的過程。所以選項(xiàng)C錯(cuò)。根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，選項(xiàng)D正確。

例3 根據(jù)熱力學(xué)第二定律，下列判斷正確的是（ ）

A.熱機(jī)中，燃?xì)鈨?nèi)能不可能全部變?yōu)闄C(jī)械能

B.電流的能不可能全部變?yōu)閮?nèi)能

C.在火力發(fā)電機(jī)中，燃?xì)獾膬?nèi)能不可能全部變?yōu)殡娔塥?/p>

D.在熱傳導(dǎo)中，熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫物體

解析 凡與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性。機(jī)械能可全部變?yōu)閮?nèi)能，而內(nèi)能不可能全部變成機(jī)械能。由電流熱效應(yīng)中的焦耳定律可知，電流的能可全部變?yōu)閮?nèi)能，而內(nèi)能不可能全部變成電流的能。在熱傳導(dǎo)中，熱量只能自發(fā)地從高溫物體傳遞給低溫物體，而不能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫物體，正確選項(xiàng)為A、C、D。