本章內(nèi)容是“熱力學(xué)定律”,通俗點(diǎn)說(shuō),是關(guān)于熱學(xué)(與溫度有關(guān)科學(xué))的基本定律。
定律是無(wú)法通過(guò)理論來(lái)證明的,是大量實(shí)驗(yàn)的一種總結(jié)。
一.使物體的內(nèi)能發(fā)生變化的事實(shí)
冬天手冷了,有火時(shí)一般采取烤火的方式,有暖氣片可以摸暖氣片,若沒(méi)有比兩只凍手更高溫度的物體,一般情況是使勁搓一搓手???、摸、搓,用專業(yè)、科學(xué)的術(shù)語(yǔ)描述一下??臼菬彷椛?,摸是熱傳導(dǎo),搓是做功。再概括一下,前兩種是熱傳遞。
做飯時(shí),用天然氣灶,是熱傳導(dǎo);用電磁爐,是電流做功。
可以列舉其他物體溫度發(fā)生變化的事例,發(fā)生變化的方式可以概括為兩種:熱傳遞和做功。
二.做功與物體內(nèi)能變化的關(guān)系
做功和熱傳遞這兩種方式都能使物體的溫度發(fā)生變化,僅是手段的不同。
焦耳的實(shí)驗(yàn):通過(guò)一些類定量的實(shí)驗(yàn),為做功和熱傳遞對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)變化的影響給出了結(jié)論,進(jìn)一步為能量轉(zhuǎn)化和守恒定律奠定了基礎(chǔ)。
先說(shuō)左邊這套設(shè)備,裝置的構(gòu)思,不知老人家是怎想到的!裝水的容器是絕熱的,當(dāng)然,完全絕熱是辦不到的。沒(méi)做過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn),精度不知道有多高。思路是挺絕的,用不同的重物下落來(lái)帶動(dòng)攪拌器攪拌液體,只要重物下落做功相同,絕熱容器內(nèi)水的溫度變化就相同。溫度與熱力學(xué)狀態(tài)有關(guān),這個(gè)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明,對(duì)一個(gè)系統(tǒng)單純做相同的功,系統(tǒng)的熱力學(xué)狀態(tài)改變是相同的。實(shí)驗(yàn)的細(xì)節(jié)無(wú)從得知,若能有原始的數(shù)據(jù),或許能說(shuō)明更多的問(wèn)題。
右邊這套裝置更絕,左邊僅是重力勢(shì)能變化與系統(tǒng)狀態(tài)變化的定量關(guān)系。右邊有點(diǎn)能量轉(zhuǎn)化和守恒的影子了,直接使絕熱容器中水的溫度變化的原因是電阻絲上產(chǎn)生焦耳熱
,焦耳熱是電能轉(zhuǎn)化過(guò)來(lái)的,電能是重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化過(guò)來(lái)的。實(shí)驗(yàn)的結(jié)論:電功相同,絕熱容器中水的溫度變化相同。
兩個(gè)實(shí)驗(yàn)想說(shuō)明一個(gè)什么問(wèn)題呢?重物下落帶動(dòng)攪拌器對(duì)水做功,電流通過(guò)電阻絲所做的電功,對(duì)水的狀態(tài)變化會(huì)產(chǎn)生同樣的效果。
絕熱過(guò)程中,外界對(duì)系統(tǒng)做的功,對(duì)改變熱力學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)是等價(jià)的,無(wú)關(guān)功的形式,做功的多少可由系統(tǒng)的熱力學(xué)狀態(tài)變化來(lái)定量描述,由于功的能量轉(zhuǎn)化的量度,此次熱力學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)可由能量來(lái)描述,命名為系統(tǒng)的內(nèi)能。
定量描述絕熱系統(tǒng)內(nèi)能變化與外界對(duì)系統(tǒng)做功的關(guān)系:U末-U初=W。
應(yīng)用事例:快速用氣筒給自行車打起,打完后氣筒會(huì)有點(diǎn)燙的原因。
三.熱傳遞與物體內(nèi)能變化的關(guān)系
除做功外,單純使溫度不同的兩系統(tǒng)之間接觸,會(huì)發(fā)現(xiàn)溫度高的系統(tǒng)會(huì)降溫,溫度低的物體會(huì)升溫。也會(huì)導(dǎo)致熱力學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)發(fā)生變化,與做功導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)能變化類似,單純的熱傳遞也可使系統(tǒng)內(nèi)能發(fā)生變化,若系統(tǒng)單純因?yàn)闊醾鬟f而內(nèi)能發(fā)生變化,內(nèi)能的變化也可用來(lái)量度熱量傳遞的多少。U末-U初=Q,Q為單純進(jìn)行熱傳遞時(shí)外界對(duì)系統(tǒng)所做的功。
兩種方式,都能使系統(tǒng)的內(nèi)能發(fā)生變化,但手段是不同的,做功是能量的轉(zhuǎn)化,而熱傳遞是能量的轉(zhuǎn)移。功和熱量都是過(guò)程量,內(nèi)能是狀態(tài)量,狀態(tài)量變化的多少用功或熱量來(lái)描述。
本節(jié)的難點(diǎn):焦耳的實(shí)驗(yàn),新教材沒(méi)提熱功當(dāng)量。因單純做功而導(dǎo)致描述熱力學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)物理量發(fā)生變化,這個(gè)地方挺拗口的。
讀教材的感覺(jué),對(duì)知識(shí)的理解是重點(diǎn),若通了大學(xué)普物、理論物理的知識(shí),再來(lái)看高中的內(nèi)容,覺(jué)得所謂的教法就不太重要了,決定教法的根本因素還是對(duì)知識(shí)的理解,高中的物理大家是通大學(xué)物理的。有點(diǎn)像練武,在力量面前,技巧不值一提。我不通,今天看分析力學(xué)感覺(jué)到的。
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