热力学第一定律在气体中的应用

《热力学第一定律在气体中的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、Vol_36NO．5物理教师第36卷第5期(2O15)PHYSICSTEACHER2015钲热力学第一定律在气体中的应用徐君生(江苏省扬中高级中学，江苏扬中212200)摘要：热力学第一定律是选修3—3模块中的重点，也是历届高考考查的热点，特别是与理想气体相结合的题型，几乎是每年必考题．文章阐述了理想气体的内能、做功与热传递与一般物体相比有哪些特殊性，并具体分析了理想气体的4种特殊膨胀过程中的各物理量的变化特点．关键词：热力学第一定律；理想气体；过程热力学第一定律是选修3—3模块中的重点，互作用力，所以理想气体分子之间没有相互作用也是历届高考考查的热点，是高考考查选修3—3的

2、势能．因此对一定质量的理想气体而言，其内模块的必考内容之一，在通常情况下一般总和气能只与温度有关，且与温度成正比，用数学函数体相结合进行综合考查．故本文试就对热力学第表示就是U一÷RT，其中i为分子自由度，R为厶一定律的内容与理解，特别是与气体相结合的综合考查问题做一总结，以期能对热力学第一定律普适气体常量．尽管该表达式高考并不作要求，的教与学起到些许作用．但从中可得到两点信息：一是一定质量的理想气1热力学第一定律的内容与理解体内能的变化只和温度有关，温度升高，内能增1．1内容、表达式与正负号法则加，△U为“+”；温度降低，内能减少，△U为“”一热力学第一定律是自然界普遍遵守

3、的能量守，反之亦然．二是内能是状态量，与具体变化恒定律在内能(不确切的说法叫热能或热力学能)过程无关．变化上的体现，故该定律也是普遍遵守的基本规(2)理想气体做功．律．其表达式为AU：W+Q，具体包含3层意义：做功的表达式△W—FAx(微元式)，对气体一是告诉我们改变物体内能有两种方式——做功而言可写成AW=pSAx=pAV．根据该表达式得与热传递；二是说明做功与热传递在改变物体内出两点结论：一是气体做功的正负号与气体的体能的效果上是等同的；三是反应内能的变化与做积变化有关，若体积变大，气体对外做功，w为“功及热传递之间的定量关系．公式中3个物理量一”；若体积变小，外界对气体

4、做功，w为“+”，均有正负号，其正负号的含义与实际生活中的正反之亦然；二是气体做功大小的求解除用上述公负号含义相同．我们可以把内能U类比成某一个式外(该公式一般适用于求解等压变化过程中的家庭的总资产，w与Q则相当于是家庭中的两个功，其他变化过程中由于压强的变化，需要用微成员的收入与消费情况，如果家庭成员在外打拼元、积分等较深的数学知识，数学要求较高)，还赚钱回家了，则记为“+”，表示收入；如果家庭成可画出其P—V图像，图像与横坐标(轴)包围的员从家里拿钱外出消费，则记为“一”，表示支出．面积表示气体所做的功(故P—图像以及F—z所以w及Q的正负号含义简单总结就是入“+”图像一

5、起被称之为“示功图”)，做功的正负看体出“一”．而AU为“+”，则相当于总资产增加(内能积的变化，若体积变大则为“～”，变小则为“+”．增加)，AU为“一”，则表示入不敷出，相当于总资(3)理想气体热传递过程中的热量．产减少(内能减少)．热量Q只有在热传递中才有意义，其大小可1．2热力学第一定律在理想气体中应用的特用热传递公式Q—C△T计算．公式中v为摩尔殊性数，C为摩尔热容(1mol气体温度升高或降低(1)理想气体的内能．1℃，需要吸收或放出的热量)，其大小除与气体本理想气体的分子模型是把气体分子看作是身有关外，还与具体的变化过程有关．具体有两个一个弹性极好的小球，气体分子

6、之间除了相互碰重要的摩尔热容，分别是定压摩尔热容C与定容撞外，没有相互作用力．因忽略了分子之间的相摩尔热容C，可以证明两者之间的关系为C一一82一第36卷第5期物理教师Vo1．36N0．52015钜PHYSICSTEACHER(2015)Cv+R(R为普适气体常量，因高考对此不作要求，故证明从略)．2气体特殊变化过程气体的特殊变化过程是指一定质量的气体在变化过程中，描述气体的某一个物理量不发生变化的变化过程．以气体膨胀(或压缩)为例，具体可分为等温膨胀(膨胀过程中气体的温度不变)、等压膨胀(膨胀过程中气体的压强不变)、绝热膨胀(膨胀过程中气体与外界无热交换)以及自由膨胀(膨胀

7、过程中气体对外不做功)等．当然如果不限制气体是膨胀(或压缩)过程，则气体特殊变化过程还应该有等容变化过程．一定质量的气体无论发生何种变化过程，描述气体的状态参量(压强、体积、热力学温度LT，LT，T)必须满足理想气体状态方程：一，同时Jl12还必须满足热力学第一定律．以下简要分析气体的4种特殊膨胀(或压缩)过程的特点．2．1等温膨胀过程因温度不变，故△U一0；因体积增大，气体对外做功，故w为“一”；根据热力学第一定律知Q程，B—c和D—A为绝热为“+”，即表示该过程中气体必须从外界吸热。过程(气体与外界