1. 神盾局特工里的一段台詞
出自《神盾局特工》第一季22集。
----I like to think about the first law of thermodynamics,that no energy in the universe is created,None is distroyed.
----None is distroyed.
----That means that every bit of energy inside us,every particle,will go on to be a part of something else,maybe live as a dragonfish,a mirocbe,maybe burn in a supernova 10 billion years from now,and every part of us now,was once a part of some other thing,a Moon,a storm cloud,a mammoth...
----A monkey.
----A monkey.Thousands and thousands of other beautiful things,that were just as terrified to die as we are.We gave them new life,a good one,I hope.It's fitting we're down here together,Fitz.This is where all life began on our planet,anyway...
——我總是想起熱力學第一定律,宇宙中的能量不會被製造出來,
——也不會被毀滅。
——這意味著我們體內蘊含的所有能量,每一顆粒子,都會變成別的事物的一部分,也許是龍魚,也許是微生物,也許在100億年之後被超新星燃燒掉,現在構成我們的每一部分,都曾經是別的事物的一部分,月亮、烏雲、猛獁象……
——猴子。
——猴子。成千上萬美麗的生物,像我們一樣懼怕死亡,我們給了他們新生,希望是美好的一生。菲茲,我們沉在這里正合適,這本來就是我們星球上所有生命的源頭……
2. 熱力學第一定律是什麼
熱力學第一定律(the first law of thermodynamics)就是不同形式的能量在傳遞與轉換過程中守恆的定律,表達式為Q=△U+W。表述形式:熱量可以從一個物體傳遞到另一個物體,也可以與機械能或其他能量互相轉換,但是在轉換過程中,能量的總值保持不變。
該定律經過邁耳 J.R.Mayer、焦耳 T.P.Joule等多位物理學家驗證。熱力學第一定律就是涉及熱現象領域內的能量守恆和轉化定律。十九世紀中期,在長期生產實踐和大量科學實驗的基礎上,它才以科學定律的形式被確立起來。
定律定義
表述形式:熱量可以從一個物體傳遞到另一個物體,也可以與機械能或其他能量互相轉換,但是在轉換過程中,能量的總值保持不變。
普遍的能量轉化和守恆定律在一切涉及熱現象的宏觀過程中都有具體表現。
在工程熱力學范圍內,熱力學第一定律可表述為:熱能和機械能在轉移或轉換時,能量的總量必定守恆。
基本內容:熱可以轉變為功,功也可以轉變為熱;消耗一定的功必產生一定的熱,一定的熱消失時,也必產生一定的功。
數學式的表達為:Q=△U+W
在熱力學中,系統發生變化時,設與環境之間交換的熱為Q(吸熱為正,放熱為負),與環境交換的功為W(對外做功為負,外界對物體做功為正),可得熱力學能(亦稱內能)的變化為
△U=Q+W
物理中普遍使用第一種,而化學中通常是說系統對外做功,故會用後一種。
普遍的能量轉化和守恆定律是一切涉及熱現象的宏觀過程中的具體表現。熱力學的基本定律之一。
熱力學第一定律是對能量守恆和轉換定律的一種表述方式。
闡釋說明
熱力學第一定律的另一種表述是:第一類永動機是不可能造成的。這是許多人幻想製造的能不斷地做功而無需任何燃料和動力的機器,是能夠無中生有、源源不斷提供能量的機器。顯然,第一類永動機違背能量守恆定律。
適用范圍
熱力學第一定律本質上與能量守恆定律是的等同的,是一個普適的定律,適用於宏觀世界和微觀世界的所有體系,適用於一切形式的能量。
自1850年起,科學界公認能量守恆定律是自然界普遍規律之一。能量守恆與轉化定律可表述為:
自然界的一切物質都具有能量,能量有各種不同形式,能夠從一種形式轉化為另一種形式,但在轉化過程中,能量的總值不變。
熱力學第一定律是能量守恆與轉化定律在熱現象領域內所具有的特殊形式,是人類經驗的總結,也是熱力學最基本的定律之一。
應用領域
熱容量與焓
熱力學第一定律在p-V系統中的應用。
對於氣體、液體和各向同性的固體,在不考慮表面張力和沒有外力場的情況下,它們的狀態可以用p、V、T三個量中的任意兩個作為狀態參量來描述,這樣的物體系統為p-V系統。
對於p-V系統,在無限小的准靜態過程中,外界對系統所做的微量功dW=-pdV,因此,熱力學第一定律微分形式可表示為 dQ=dU+pdV
熱力學第一定律對理想氣體的應用
熱力工程上實施熱力過程的目的有兩點:一是實現預期的能量轉換;二是達到預期的狀態變化。
在熱力設備中常以氣體為工作物質(簡稱「工質」),分析氣體在幾種典型的熱力學過程中狀態的變化及能量的轉換規律,是有實際意義的。為簡單計,我們只以理想氣體為工質,並一般的只限於討論可逆過程。
定律影響
熱力學第一定律是熱力學的基礎,而且在能源方面有廣泛的應用,能源是人類社會活動的物質基礎,社會得以發展離不開優質能源的出現和先進能源技術的使用,能量資源的范圍隨著科學技術的發展而擴大,所以熱力學第一定律的廣闊發展前景也將越來越光明。
3. 熱力學第一定律
一、內能與內能變化
(1)物體的內能是指物體內所有分子熱運動的 動能 和 分子勢能 之和。
理想氣體分子勢能為0,內能為分子動能,平均動能表現為溫度。
(2)當物體溫度變化時,分子平均動能變化。物體體積變化時,分子勢能發生變化,即物體的內能是由它的狀態決定的,且物體的內能變化只由初、末狀態決定,與中間過程及方式無關。
(3)內能與溫度
①溫度高的物體內能一定大嗎?
不一定,內能的大小不僅與溫度有關,還與分子數目、物質狀態有關,例如一滴開水的內能遠遠小於一座冰山的內能。
溫度高是平均動能大(注意是平均)
②內能增大溫度一定升高嗎?
「錯」,例如,0 的冰化成0 的水,雖然溫度沒變,分子動能沒變,但由於熔化是一個吸熱過程,吸收的能量用於增加分子勢能,故此,我們說,分子勢能是增加的,內能是增加的,而溫度不變。
③物體溫度升高,內能一定增大嗎?
物體溫度升高內能不一定增加。物體在溫度升高的同時對外做功,消耗掉了吸收熱量獲得的能,所以物體內能不一定增大。
理想氣體,溫度升高,內能一定增加。
物體溫度升高與內能關系
內能大小與物體的質量、體積、溫度及構成物體的物質種類都有關系。現階段主要掌握與溫度的關系。 當其他條件不變時(即勢能不變) ,一個物體溫度升高,它的內能增大;溫度降低,內能減小。切記「溫度不變時,它的內能一定不變」是錯誤的。如晶體熔化、液體沸騰時,溫度保持不變,但要吸熱,內能增加。溫度不變時,它的內能也可能減小。同樣,物體放出熱量時,溫度也不一定降低。一定要在外界環境和物質性質都不變的情況下,才能溫度不變,內能一定不變。
(4)熱量與內能
內能是有系統狀態決定的,系統的內能也隨之之確定,要使系統的內能發生變化,可以通過熱傳遞或做功兩種途徑來完成。而熱量是傳遞過程中的特徵物理量,和功一樣,熱量只是反映物體在狀態變化過程中所遷移的能量,是用來衡量物體內能變化的。有過程,才有變化,離開過程,毫無意義。就某一狀態而言,只有「內能」,根本不存在什麼「熱量」和「功」,因此,不能說一個系統中含有「多少熱量」或「多少功」。
(5)熱量與溫度
熱量是系統的內能變化的量度,而溫度是系統內大量分子做無規則運動劇烈程度的標志。
熱傳遞的前提條件是兩個系統之間要有溫度差,傳遞的是熱量而不是溫度。
(6)熱量與功
熱量和功都是系統內能變化的量度,都是過程量,一定量的熱量與一定量的功相當,熱量可以通過系統轉化為功,功也可以通過系統轉化為熱量,但它們之間有著本質的區別
二、改變內能的兩種方式
做功和熱傳遞
1、做功可以改變物體的內能。(如鑽木取火、打氣筒發熱)
2、熱傳遞可以改變物體的內能(如放置冰塊使物體降溫)。
兩個溫度不同的物體相互接觸時溫度高的物體要降溫溫度低的物體要升溫,即熱量從高溫物體傳到了低溫物體,這個過程就叫做熱傳遞, 實質是能量轉移的過程。
熱傳遞的三種形式:熱傳導,熱對流(一般見於氣體和液體)以及熱輻射。熱傳遞的條件是物體間必須有溫度差,只要存在溫度差,熱傳遞就會進行,與原來物體內能無關,能量可以由內能大的物體傳到內能小的物體,也可以由內能小的物體傳到內能小大的物體。
三、熱力學第一定律
1.內容:一個熱力學系統的內能
等於外界對它所做的 功 與外界向它傳遞的 熱量 的和。
2.表達式: U=W+Q
①氣體(物體)膨脹,體積增大,氣體(物體)是對外界做正功,外界對氣體(物體)做負功, W<0 ;
向真空膨脹不做功。
②氣體(物體)收縮,體積減小,氣體(物體)對外界做負功,外界對氣體(物體)做正功, W>0 .
研究對象是氣體(物體),W取正值還是負值,要針對氣體(物體),而不是外界。
③如何計算對氣體(物體)做功?
a.等容變化不做功;
b.膨脹對氣體(物體)做負功,收縮對氣體(物體)做正功,轉化為p-v圖求功, p-v圖像線與v軸圍成的面積表示功 。
例:A B A循環過程對氣體所做的功為陰影部分面積。
④系統對外吸熱 Q>0 ,系統對外界放熱 Q<0 ,絕熱 Q=0 。
⑤ U>0表示內能增加, U<0表示內能減小, U=0表示內能不變;
當做功和熱傳遞同時發生時,物體的內能可能增加,也可能減小,還可能保持不變;
物體內能發生變化可能是由做功引起的,也可能是由熱傳遞引起的,還可能是兩者共同作用的結果。
⑥幾種特殊情況:
a.若過程是絕熱的,即Q 0,則 U W,物體內能的增加量等於外界對物體做的功。
b.若過程中不做功,即W 0,則 U Q,物體內能的增加量等於物體從外界吸收的熱量。
c.若過程的始末狀態物體的內能不變,即 U 0,則W -Q(或Q -W),外界對物體做的功等於物體放出的熱量(或物體吸收的熱量等於物體對外界做的功)。
練習1:【判一判】
(1)某一系統經質絕熱過程時,只要初末狀態相同,則做功數量也一定相同。( )
(2)在絕熱過程中,做功方式不同會直接影響系統狀態變化的最終結果。( )
(3)在絕熱過程中,系統對外界做的功等於系統內能的增加量。( )
(4)功和內能都是能量轉化的量度。( )
(5)搓搓手會感到手暖和些,是通過做功改變了手的內能。( )
(6)熱傳遞過程具有一定的方向性。( )
(7)在任何情況下,公式 U Q都適用。(x)
(8)溫度高的物體含有的熱量多。( )
(9)熱量一定從內能多的物體傳遞給內能少的物體。( )
(10)做功和熱傳遞都能改變物體的內能。( )
練習2:
打氣筒是日常生活中的一種工具,當我們用打氣筒給自行車打氣的時候,就是在克服氣體壓力和摩擦力做功。打氣的過程中你有沒有試著去摸一下打氣筒的外殼?有什麼感覺?打氣筒的溫度升高了,這是怎麼回事呢?
答案:當向下壓氣筒的時候,對氣筒內氣體做功,氣筒內氣體的體積被壓縮,氣體分子的平均動能增大,所以內能增大,氣體溫度大於氣筒壁溫度,氣體就會向氣筒壁傳熱,導致筒壁溫度升高。
練習3:
「火」不但可以用來取暖,還可以用來加熱食物,「火」把人類帶入了文明的殿堂。我們的祖先很早就發明了「鑽木取火」的用具,使人們不再僅僅依靠自然的「恩賜」而得到「火」。你知道「鑽木取火」的道理嗎?
答:做功可以改變物體的內能,「鑽木取火」就是通過外力做功,機械能轉化為內能。木材內能增加,溫度達到著火點而燃燒。
練習4:在寒冷的冬季,人們常常生火取暖,當雙手靠近火源時,我們就會感受到手變暖和了。
1.烤火是通過什麼方式來增加手的內能?
2.熱量總是從內能多的物體向內能少的物體傳遞的嗎?
3.改變物體的內能有幾種方式?這些改變物體內能的方式在本質上有什麼不同?
1.熱傳遞。
2.不是,熱量總是從溫度高的物體向溫度低的物體傳遞。
3.做功和傳熱可以改變物體的內能。做功是其他形式的能與內能發生轉化,傳熱是不同物體(或一個物體的不同部分)之間內能的轉移。
練習5:現在市場上流行的一種所謂「全自動」機械手錶,既不需要上發條,也不用任何電源,卻能不停地走下去。這是不是一種永動機?如果不是,你知道維持表針走動的能量是從哪兒來的嗎?
答:不是永動機;根據能量守恆定律可知,能量不可能憑空產生;手錶戴在手上,手運動的機械能一部分轉化為手錶擺動的能量。
4. 熱力學第一定律是什麼
1、能量守恆定律
能量守恆定律即熱力學第一定律是指在一個封閉系統的總能量保持不變。其中總能量一般說來已不再只是動能與勢能之和,而是靜止能量、動能、勢能三者的總量。
能量守恆定律可以表述為:一個系統的總能量的改變只能等於傳入或者傳出該系統的能量的多少。總能量為系統的機械能、熱能及除熱能以外的任何內能形式的總和。
2、動量守恆定律
一個系統不受外力或合外力為零,該系統的動量保持不變。即Δp1=-Δp2
3、角動量守恆定律
對於質點,角動量定理可表述為:質點對固定點的角動量對時間的微商,等於作用於該質點上的力對該點的力矩。
動量守恆定律的定律特點
矢量性
動量是矢量。動量守恆定律的方程是一個矢量方程。通常規定正方向後,能確定方向的物理量一律將方向表示為「+」或「-」。
物理量中只代入大小:不能確定方向的物理量可以用字母表示,若計算結果為「+」,則說明其方向與規定的正方向相同,若計算結果為「-」,則說明其方向與規定的正方向相反。
5. 什麼是熱力學第一定律
熱力學第一定律(the first law of thermodynamics)就是不同形式的能量在傳遞與轉換過程中守恆的定律,表達式為Q=△U+W。表述形式:熱量可以從一個物體傳遞到另一個物體,也可以與機械能或其他能量互相轉換,但是在轉換過程中,能量的總值保持不變。
熱力學第二定律(second law of thermodynamics),熱力學基本定律之一,其表述為:不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體而不產生其他影響,或不可能從單一熱源取熱使之完全轉換為有用的功而不產生其他影響,或不可逆熱力過程中熵的微增量總是大於零。
又稱「熵增定律」,表明了在自然過程中,一個孤立系統的總混亂度(即「熵」)不會減小。
(5)我總想到熱力學第一定律電影擴展閱讀:
熱力學第一定律本質上與能量守恆定律是的等同的,是一個普適的定律,適用於宏觀世界和微觀世界的所有體系,適用於一切形式的能量。
自1850年起,科學界公認能量守恆定律是自然界普遍規律之一。能量守恆與轉化定律可表述為:
自然界的一切物質都具有能量,能量有各種不同形式,能夠從一種形式轉化為另一種形式,但在轉化過程中,能量的總值不變。
熱力學第一定律是能量守恆與轉化定律在熱現象領域內所具有的特殊形式,是人類經驗的總結,也是熱力學最基本的定律之一。
6. 熱力學第一定律的內容是什麼 熱力學第一定律的定義及內容介紹
1、熱力學第一定律(the first law of thermodynamics)是涉及熱現象領域內的能量守恆和轉化定律,反映了不同形式的能量在傳遞與轉換過程中守恆。
2、物體內能的增加等於物體吸收的熱量和對物體所作的功的總和 ,表達式為△U=Q+W。系統在絕熱狀態時,功只取決於系統初始狀態和結束狀態的能量,和過程無關。孤立系統的能量永遠守恆。系統經過絕熱循環,其所做的功為零,因此第一類永動機是不可能的(即不消耗能量做功的機械)。
7. 熱力學第一定律是什麼
熱力學第一定律就是能量守恆定律。
不同形式的能量在傳遞與轉換過程中守恆的定律,表達式為△U=Q+W。表述形式:熱量可以從一個物體傳遞到另一個物體,也可以與機械能或其他能量互相轉換,但是在轉換過程中,能量的總值保持不變。
該定律經過邁爾J.R.Mayer、焦耳J.P.Joule等多位物理學家驗證。熱力學第一定律就是涉及熱現象領域內的能量守恆和轉化定律。十九世紀中期,在長期生產實踐和大量科學實驗的基礎上,它才以科學定律的形式被確立起來。
(7)我總想到熱力學第一定律電影擴展閱讀
1、流體力學的能量守恆定律:
在流體力學中有一種邊界層表面效應,又稱"伯努利效應「。是指流體速度加快時,物體與流體接觸的界面上的壓力會減小,反之壓力會增加,伯努利效應是流體力學中的能量守恆定律。伯努利因發現這一現象並成功解釋它而創立的流體力學。
2、電磁學的能量守恆定律:
根據楞次定律,感應電流所產生的磁場總是阻礙原磁場磁通量的變化,這種阻礙的結果就使得電磁感應的過程中將其他形式的能量轉化為電能,感應電流形成迴路,再將電能轉化為其他形式的能量。楞次定律所揭示的感應電流與原磁場的關系本質仍然是能量轉化的關系,即能量守恆定律。