功和内能---热和内能

功和内能热和内能引入：冬天搓手可使双手变暖；向手吹气也可使双手变暖，是什么原因使温度发生了变化呢？实验录像：压缩空气引火演示:在有机玻璃筒底放置少量的易燃物,例如蓬松的棉花,迅速压下筒中的活塞,观察筒底物品的变化。这个实验说明了什么？实验一：对系统做机械功重物下落带动轮叶旋转，通过搅拌对绝热容器内的液体做功，使液体升温，即状态发生变化。结论：只要重力所做的功相同，容器内水温上升的数值就相同，即系统状态的变化是相同的。实验二：对系统做电功电流通过电热丝使绝热容器内的液体温度升高。结论：对同一系统，在绝热过程中只要所做的电功相同，系统温度上升的数值就相同，即系统的状态变化相同。焦耳的实验说明什么问题？在各种不同的绝热过程中，如果使系统从状态1变为状态2，所需外界做功的数量是相同的。也就是说，在各种不同的绝热过程中，要使系统状态发生变化，做功的数量只由始末两个状态决定，与做功方式无关。一、焦耳的实验(Jouleexperiment)焦耳实验揭示了热量与功之间确定的当量关系（１卡＝4.186焦耳），表明机械运动或电磁运动与热运动之间是可以相互转化的．它启迪人们继续发现了各种物质运动之间的相互转化关系，为能量转化和守恒定律的建立奠定了基础．焦耳在做热功当量实验回顾哪些力做功仅由物体的起点和终点两个位置决定与物体的运动路径无关？二、内能1、任何一个热力学系统都必定存在一个只依赖于系统自身状态的物理量，这个物理量在两个状态间的差别与外界在绝热过程中对系统所做的功相联系。我们把这个物理量称为系统的内能。思考：在第七章中我们曾经学习过内能的概念是什么呢？当时讲的内能的变化与什么有关？而这一致吗？有何关系？拓展思考：在绝热过程中，外界对系统做功，系统的内能怎么变？数量上有什么关系？若系统对外界做功呢？2、当系统从状态1经过绝热过程达到状态2时，内能的增加量△U=U2-U1就等于外界对系统所做的功W，即△U=W。实验录像：钻木取火实验录像：气体膨胀演示：在烧瓶里加入水，水的上方有水蒸气。用带孔橡皮塞把瓶口塞住，向瓶内打气，当瓶塞跳出时，观察瓶内的变化。由此可知：1．外界对物体做功，物体的内能增加2．物体对外界做功，物体的内能减少．三、热传递演示实验：动画：热传递3、热传递有三种方式：热传导、热对流、热辐射。2、发生条件：物体之间或物体的不同部分之间存在温度差。1、两个温度不同的物体相互接触时温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，我们说热量从高温物体传到了低温物体。这样的过程叫做热传递。四、热和内能1、热量是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。当系统从状态1经过单纯的传热达到状态2，内能的增量△U=U2-U1就等于外界向系统传递的热量Q，即△U=Q。2、像做功一样，热量的概念也只有在涉及能量的传递时才有意义。所以不能说物体具有多少热量，只能说物体吸收或放出了多少热量。外界没有对系统（水）做功，只对系统传热，同样能改变系统的状态。拓展思考：在单纯传热过程中，系统从外界吸热，系统的内能怎么变？数量上有什么关系？若系统对外界放热呢？1、物体从外界吸热，物体内能增加。2、物体对外界放热，物体内能减少。五、做功和热传递的区别1、做功使物体内能发生改变的时候，内能的改变就用功数值来量度．外界对物体做多少功，物体的内能就增加多少；物体对外界做多少功，物体的内能就减少多少．热传递使物体的内能发生改变的时候，内能的改变用热量来量度的．物体吸收多少热量，物体的内能就增加多少；物体放出多少热量，物体的内能就减少多少．2．做功和热传递在改变物体的内能上是等效的．3．做功和热传递在本质上是不同的：做功使物体的内能改变，是其他形式的能量和内能之间的转化（不同形式能量间的转化）热传递使物体的内能改变，是物体间内能的转移（同种形式能量的转移）实验：如图所示，在薄壁金属圆筒内注入少量乙醚，塞上塞子，用一根绳子在金属圆筒外壁缠绕1－2圈。然后按图中箭头所指的方向来回拉动绳子。（1）猜测可能会发生的现象；（2）解释发生上述现象的原因。实验录像：乙醚顶塞问题讨论：“做功”和“热传递”都是能量交换的方式，并在改变系统状态上等效，二者在本质上有什么区别？对于系统做机械功（摩擦功或体积功）是与物体的宏观位移相联系的（如轮叶在液体中旋转，活塞移动等）。从微观上看，物体发生宏观位移时，其中所有分子将在无规则热运动基础上附加一个共同的有规则运动。在做功过程中，通过分子间的碰撞将有规则运动能量（宏观上表现为机械能）转变为分子无规则运动能量。分子无规则热运动能量的总和在宏观上表现为系统的内能。因此，做机械功的过程是通过分子间的碰撞发生的宏观机械能和内能的转换和传递过程。向系统传递热量是以系统和外界的温度不同为条件的。温度不同（分子热运动平均动能不同）的物体相互接触的，通过分子的碰撞，相互掺和，平均动能大的分子将把能量传给平均能量小的分子，结果在宏观上就引起低温物体系统内能发生变化。因此，传热过程实质上是通过分子之间相互作用，即在不发生宏观位移的情况下，通过分子力做“微观功”来传递分子的无规则运动能量，改变系统内能的过程。