1．热力学第一定律
热力学第一定律的主要内容，就是能量守恒原理。能量可以在一物体与其他物体之间传递，可以从一种形式转化成另一种形式，但是不能无中生有，也不能自行消失。而不同形式的能量在相互转化时永远是数量相当的。这一原理，在现在看来似乎是顺理成章的，但他的建立却经历了许多失败和教训。一百多年前西方工业革命，发明了蒸汽机，人们对改进蒸汽机产生了浓厚的兴趣。总想造成不供能量或者少供能量而多做功的机器，曾兴起过制造“第一类永动机”的热潮。所谓第一类永动机就是不需供给热量，不需消耗燃料而能不断循环做工的机器。设计方案之多，但是成千上万份的设计中，没有一个能实现的。人们从这类经验中逐渐认识到，能量是不能无中生有的，自生自灭的。第一类永动机是不可能制成的，这就是能量守恒原理。到了1840年，由焦耳和迈尔作了大量试验，测量了热和功转换过程中，消耗多少功会得到多少热，证明了热和机械功的转换具有严格的不变的当量关系。想得到1J的机械功，一定要消耗0.239卡热，得到1卡热，一定要消耗4.184J的功，这就是著名的热功当量。1cal = 4.1840J
热功当量的测定试验，给能量守恒原理提供了科学依据，使这一原理得到了更为普遍的承认，牢牢的确立起来。至今，无论是微观世界中物质的运动，还是宏观世界中的物质变化都无一例外的符合能量守恒原理。把这一原理运用到宏观的热力学体系，就形成了热力学第一定律。2．热力学第二定律
能量守恒和转化定律就是热力学第一定律，或者说热力学第一定律是能量守恒和转化定律在热力学上的表现。它指明热是物质运动的一种形式，物质系统从外界吸收的热量等于这个能的增加量和它对外所作的功的总和。
也就是说想制造一种不消耗任何能量就能永远作功的机器，即“第一种永动机”，是不可能的。
人们继续研究热机效率问题，试图从单一热源吸取能量去制作会永远作功的机器，这种机器并不违背能量守恒定律，只需将热源降温而利用其能量推动机器不断运转。
这种机器就是“第二类永动机”。然而这种机器屡遭失败，不能成功，这就需要从理论上进一步探索。
前面说过，卡诺已经接近发现了热力学第一定律和热力学第二定律，但他受热质说的影响，不能把它们表述出来。
1850年，德国物理学家克劳胥斯在研究卡诺理论的基础上，提出“一个自行动作的机器，不可能把热从低温物体传到高温物体中去”。这就是热力学第二定律的“克劳胥斯表述”。1851年，英国物理学家威廉·汤姆生，即凯尔文勋爵也独立地从卡诺的工作中发现了热力学第二定律。
汤姆生，1824年生于英国贝尔发斯特城。父亲是皇家学院的数学教授，治学勤奋，对子女要求也很严格，1832年被聘到母校格拉斯哥大学任教，全家也迁往该城。
当这位新来的教授开始上第一堂课时，同学们发现教室多了两个漂亮的小男孩，也在津津有味地听着，他们就是8岁的汤姆生和他10岁的哥哥。
汤姆生10岁时，和哥哥正式进格拉斯哥大学预科学习，这可能是当时最小的大学生。汤姆生天资聪明，学习勤奋，表现出杰出的才能。15岁，他获得学校的物理学奖，第二年获天文学奖。17岁时，他在剑桥大学的数学杂志上发表了一篇论文，名震全校。
此后几年中，汤姆生发表了一连串的研究论文，内容包括数学、热力学和电学。
1846年，年仅22岁的汤姆生击败30多位教师候选人，获得了格拉斯哥大学的教授职位。1847年6月，焦耳在牛津大学举行的学术会议上，阐明机械能可以定量地转化为热能，各种形式的能都可以相互转化。
汤姆生出席了这次会议，他也是传统的热质说的拥护者，认为能量不可能转化，准备反驳焦
耳的观点。当焦耳用实验证明自己的观点后，汤姆生逐渐明白焦耳学说里包含的真理。
汤姆生改变初衷，不但不反驳，而且在会后和焦耳亲切地交谈起来，大有相见恨晚之意。
克劳塞在汤姆生传记中写道：“说来也怪有趣的，就是汤姆生在年青时就碰到了两个大名鼎鼎的实验家：法拉第和焦耳，可是后来却只同其中之一的焦耳，成了最投机的同志。”
当时，汤姆生正在电磁理论边缘徘徊，和焦耳的一席交谈，使他把注意力转向了热力学研究，从而在物理学的另一个领域大放光彩。
1848年，汤姆生创立了绝对温标。这种温标以—273℃作为0°，用于热力学计算，故称热力学温标。现在公认的绝对0°是—273.15℃。
因为威廉·汤姆生在1892年被封为凯尔文勋爵，所以他创立的温标被称为开氏温标，简称K（因为凯尔文又译为开耳芬）。
1815年，汤姆生提出了一条新的普通原理：不可从单一热源吸取热量，使之完全变成有用的功而不产生其他影响。这就是热力学第二定律的凯尔文表述。
凯尔文表述揭示了热运动的自然过程是不可逆的，制造第二种永动机也是不可能的。
1852年，汤姆生和焦耳合作，发现了著名的汤姆生——焦耳效应：气体从高气压的空间经过多孔性物质流向低气压空间时，温度要降低，但氢气除外。
这个效应被广泛地用于获得低温的技术上。
1853年，汤姆生对能量守恒和转化定律做了完整的表述。
汤姆生还把热力学第一定律和热力学第二定律具体应用到热学、电学和弹性现象等方面，对热力学的发展起了很大作用。
热力学第二定律后来被归纳为三种表述形式：
1.热量总是从高温物体自动传到低温物体，不能作相反传递而不带来其他变化。
2.功可以全部转化为热，但任何热机不能全部地、连续不断地把所受的热量转变为功，人们无法制造第二种永动机。
3.在孤立系统中，实际发生的过程总是使整个系统的熵值增加，所以热力学第二定律又称“熵增加原理”。
3．热力学第三定律
是否存在降低温度的极限？1702年，法国物理学家阿蒙顿已经提到了“绝对零度”的概念。他从空气受热时体积和压强都随温度的增加而增加设想在某个温度下空气的压力将等于零。根据他的计算，这个温度即后来提出的摄氏温标约为-239°C，后来，兰伯特更精确地重复了阿蒙顿实验，计算出这个温度为-270.3°C。他说，在这个“绝对的冷”的情况下，空气将紧密地挤在一起。他们的这个看法没有得到人们的重视。直到盖-吕萨克定律提出之后，存在绝对零度的思想才得到物理学界的普遍承认。
1848年，英国物理学家汤姆逊在确立热力温标时，重新提出了绝对零度是温度的下限的。1906年，德国物理学家能斯特在研究低温条件下物质的变化时，把热力学的原理应用到低温现象和化学反应过程中，发现了一个新的规律，这个规律被表述为：“当绝对温度赵于零时，凝聚系(固体和液体）的熵（即热量被温度除的商）在等温过程中的改变趋于零。”德国著名物理学家普朗克把这一定律改述为：“当绝对温度趋于零时，固体和液体的熵也趋于零。”这就消除了熵常数取值的任意性。1912年，能斯特又这一规律表为绝对零度不可能达到原理：“不可能使一个物体冷却到绝对温度的零度。”这就是热力学第三定律。
在统计物理学上，热力学第三定律反映了微观运动的量子化。在实际意义上，第三定律并不像第一、二定律那样明白地告诫人们放弃制造第一种永动机和第二种永动机的个图。而是鼓励人们想方高法尽可能接近绝对零度。目前使用绝热去磁的方法已达到10 6K，但永远达不到0K。
永动机和热力学基本定律
在19世纪早期，不少人沉迷于一种神秘机械——第一类永动机的制造，因为这种设想中的机械只需要一个初始的力量就可使其运转起来，之后不再需要任何动力和燃料，却能自动不断地做功。在热力学第一定律提出之前，人们一直围绕着制造永动机的可能性问题展开激烈的讨论。
直至热力学第一定律发现后，第一类永动机的神话才不攻自破。
热力学第一定律是能量守恒和转化定律在热力学上的具体表现，它指明：热是物质运动的一种形式。这说明外界传给物质系统的能量（热量），等于系统内能的增加和系统对外所作功的总和。它否认了能量的无中生有，所以不需要动力和燃料就能做功的第一类永动机就成了天方夜谭式的设想。
热力学第一定律的产生是这样的：在18世纪末19世纪初，随着蒸汽机在生产中的广泛应用，人们越来越关注热和功的转化问题。于是，热力学应运而生。1798年，汤普生通过实验否定了热质的存在。德国医生、物理学家迈尔在1841?843年间提出了热与机械运动之间相互转化的观点，这是热力学第一定律的第一次提出。焦耳设计了实验测定了电热当量和热功当量，用实验确定了热力学第一定律，补充了迈尔的论证。
在热力学第一定律之后，人们开始考虑热能转化为功的效率问题。这时，又有人设计这样一种机械——它可以从一个热源无限地取热从而做功。这被称为第二类永动机。
1824年，法国陆军工程师卡诺设想了一个既不向外做工又没有摩擦的理想热机。通过对热和功在这个热机内两个温度不同的热源之间的简单循环（即卡诺循环）的研究，得出结论：热机必须在两个热源之间工作，热机的效率只取决与热源的温差，热机效率即使在理想状态下也不可能的达到100%。即热量不能完全转化为功。
1850年，克劳修斯在卡诺的基础上统一了能量守恒和转化定律与卡诺原理，指出：一个自动运作的机器，不可能把热从低温物体移到高温物体而不发生任何变化，这就是热力学第二定律。不久，开尔文又提出：不可能从单一热源取热，使之完全变为有用功而不产生其他影响；或不可能用无生命的机器把物质的任何部分冷至比周围最低温度还低，从而获得机械功。这就是热力学第二定律的“开尔文表述”。奥斯特瓦尔德则表述为：第二类永动机不可能制造成功。
在提出第二定律的同时，克劳修斯还提出了熵的概念S=Q/T，并将热力学第二定律表述为：在孤立系统中，实际发生的过程总是使整个系统的熵增加。但在这之后，克劳修斯错误地把孤立体系中的熵增定律扩展到了整个宇宙中，认为在整个宇宙中热量不断地从高温转向低温，直至一个时刻不再有温差，宇宙总熵值达到极大。这时将不再会有任何力量能够使热量发生转移，此即“热寂论”。
为了批驳“热寂论”，麦克斯韦设想了一个无影无形的精灵（麦克斯韦妖），它处在一个盒子中的一道闸门边，它允许速度快的微粒通过闸门到达盒子的一边，而允许速度慢的微粒通过闸门到达盒子的另一边。这样，一段时间后，盒子两边产生温差。麦克斯韦妖其实就是耗散结构的一个雏形。
1877年，玻尔兹曼发现了宏观的熵与体系的热力学几率的关系S=KlnQ，其中 K为玻尔兹曼常数。1906年，能斯特提出当温度趋近于绝对零度T→0时，△S / O = 0 ，即“能斯特热原理”。普朗克在能斯特研究的基础上，利用统计理论指出，各种物质的完美晶体，在绝对零度时，熵为零（S 0 = 0 ），这就是热力学第三定律。
热力学三定律统称为热力学基本定律，从此，热力学的基础基本得以完备。
永动机是什么
在一永久磁铁的上面有一电磁线圈，那么电磁线圈用定量的功所产生的势能与永久磁铁的磁力大小成正比。永动机是指违反热力学基本定律的不能实现的发动机。不消耗能量而能永远
对外做功的机器，它违反了热力学第一定律，故称为“第一类永动机”。在没有温度差的情况下，从自然界中的海水或空气中不断吸取热量而使之连续地转变为机械能的机器，它违反了热力学第二定律，故称为“第二类永动机”。永动机这个名词不是很恰当。如飞轮之类，一旦开始运动，若无摩擦阻力作用，是可以永久继续运动下去的，这在实际上虽然不易实现，但是在道理上说得通，可以看作一种实际的极限情况。所谓永动机并不是指这种情况，不是试图去保持永恒的运动，而是期望在没有外界能源供给，即不消耗任何燃料和动力的情况下，源源不断地得到有用的功。如果这种永动机真的能够制成，那么就可以不使用任何自然能源无中生有地得到无限多的动力。在人们还没有掌握自然的基本规律时，这种想法曾经引诱许多有杰出创造才能的人，他们付出了大量的智慧和劳动，追求这种梦想的实现。但是，没有任何一部永动机被实际地制造出来，也没有任何一个永动机的设计方案能受住科学的审查。
永动机的梦想
永动机的想法起源于印度，公元1200年前后，这种思想从印度传到了伊斯兰教世界，并从这里传到了西方。在欧洲，早期最著名的一个永动机设计方案是十三世纪时一个叫亨内考的法国人提出来的。如图所示：轮子中央有一个转动轴，轮子边缘安装着12个可活动的短杆，每个短杆的一端装有一个铁球。方案的设计者认为，右边的球比左边的球离轴远些，因此，右边的球产生的转动力矩要比左边的球产生的转动力矩大。这样轮子就会永无休止地沿着箭头所指的方向转动下去，并且带动机器转动。这个设计被不少人以不同的形式复制出来，但从未实现不停息的转动。仔细分析一下就会发现，虽然右边每个球产生的力矩大，但是球的个数少，左边每个球产生的力矩虽小，但是球的个数多。于是，轮子不会持续转动下去而对外做功，只会摆动几下，便停在右图中所画的位置上。后来，文艺复兴时期意大利的达·芬奇（Leonardo da Vinci，1452-1519）也造了一个类似的装置，他设计时认为，右边的重球比左边的重球离轮心更远些，在两边不均衡的作用下会使轮子沿箭头方向转动不息，但实验结果却是否定的。达·芬奇敏锐地由此得出结论：永动机是不可能实现的。事实上，由杠杆平衡原理可知，上面两个设计中，右边每个重物施加于轮子的旋转作用虽然较大，但是重物的个数却较少。精确的计算可以证明，总会有一个适当的位置，使左右两侧重物施加于轮子的相反方向的旋转作用（力矩）恰好相等，互相抵消，使轮子达到平衡而静止下来。流水的落差可以推动水轮机对外提供动力，能否用流水来设计永动机呢？16世纪70年代，意大利的一位机械师斯特尔又提出了一个永动机的设计方案。他在设计时认为，由上面水槽流出的水，冲击水轮转动，水轮在带动水磨转动的同时，通过一组齿轮带动螺旋汲水器，把蓄水池里的水重新提升到上面的水槽中。他想，整个装置可以这样不停地运转下去，并有效地对外做功。实际上，流回水槽的水越来越少，很快水槽中的水就全部流进了下面的蓄水池，水轮机也就停止了转动。浮力也是设计永动机的一个好帮手。是一个著名的浮力永动机设计方案。一连串的球，绕在上下两个轮子上，可以像链条那样转动。右边的一些球放在一个盛满水的容器里。设计者认为，右边如果没有那个盛水的容器，左右两边的球数相等，链条是会平衡的。但是，现在右边这些球浸在水里，受到了水的浮力，就会被水推着向上移动，也就带动整串球绕上下两个轮子转动。上面有一个球露出水面。下面就有一个球穿过容器底，补充进来。这样的永动机也没有制成，是不是因为要下面的球能够通过容器底，而又不能让水漏出来，制造起来技术上有困难呢？技术上的困难并不是主要问题，主要问题还是出在设计的原理上。当下面的球穿过容器底的时候，它和容器底一样，要承受上面水的压力，而且是因为在水的最下部，所以它受到的压力很大。这个向下的压力，就会抵消上面几个球所受的浮力，这个水动机也就无法永动了。此外，人们还提出过利用轮子的惯性，细管子的毛细作用，电磁力等获得有效动力的种种永动机设计方案，但都无一例外地失败了。其实，在所有的永动机设计中，我们总可以找出一个平衡位置来，在这个位置上，各个力恰好下互抵
消掉，不再有任何推动力使它运动。所有永动机必然会在这个平衡位置上静止下来，变成不动机。从哥特时代起，这类设计方案越来越多。17世纪和18世纪时期，人们又提出过各种永动机设计方案，有采用“螺旋汲水器”的，有利用轮子的惯性、水的浮力或毛细作用的，也有利用同性磁极之间排斥作用的。宫廷里聚集了形形色色的企图以这种虚幻的发明来挣钱的方案设计师。有学识的和无学识的人都相信永动机是可能的。这一任务像海市蜃楼一样吸引着研究者们，但是，所有这些方案都无一例外的以失败告终。他们长年累月地在原地打转，创造不出任何成果。通过不断的实践和尝试，人们逐渐认识到：任何机器对外界做功，都要消耗能量。不消耗能量，机器是无法做功的。这时的一些著名科学家斯台文、惠更斯等都开始认识到了用力学方法不可能制成永动机。
永动机梦想的破灭
19世纪中叶，一系列科学工作者为正确认识热功能转化和其它物质运动形式相互转化关系做出了巨大贡献，不久后伟大的能量守恒和转化定律被发现了。人们认识到：自然界的一切物质都具有能量，能量有各种不同的形式，可从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递给另一个物体，在转化和传递的过程中能量的总和保持不变。能量守恒的转化定律为辩证唯物主义提供了更精确、更丰富的科学基础。有力地打击了那些认为物质运动可以随意创造和消灭的唯心主义观点，它使永动机幻梦被彻底的打破了。在制造第一类永动机的一切尝试失败之后，一些人又梦想着制造另一种永动机，希望它不违反热力学第一定律，而且既经济又方便。比如，这种热机可直接从海洋或大气中吸取热量使之完全变为机械功。由于海洋和大气的能量是取之不尽的，因而这种热机可永不停息地运转做功，也是一种永动机。然而，在大量实践经验的基础上，英国物理学家开尔文于1851年提出了一条新的普遍原理：物质不可能从单一的热源吸取热量，使之完全变为有用的功而不产生其它影响。这样，第二类永动机的想法也破产了。层出不穷的永动机设计方案，都在科学的严格审查和实践的无情检验下一一失败了。1775的，法国科学院宣布"本科学院以后不再审查有关永动机的一切设计"。这说明在当时科学界，已经从长期所积累的经验中，认识到制造永动机的企图是没有成功的希望的。永动机的想法在人类历史上持续了几百年，这个神话的被驳倒，不仅有利于人们正确的认识科学，也有利于人们正确的认识世界。能量既不能凭空产生也不能凭空消失只能从一种形式转化成另一种形式或者从一个物体转移到另一个物体在转化和转移过程中能量的总和不变这就是能量守恒定律了所以第一类永动机是不能做出来的。而能量的转化和转移是有方向的，就像热量可以自发的由热的物体转移到冷的物体但不能自发的由冷的物体转移到热的物体而不引起其他的变化所以第二类永动机也是不能做出来的。
永动机的启示
各种永动机设计方案的失败，制造永动机美好梦想的破灭，对于每一个寻找永动机的人是一个不小的打击。但是，反思这一失败的探索过程，它从反面给人类以启迪，一些科学家从这一否定的结论中开始思考，提出这样一个问题：永动机不可能制成，是不是说明自然界存在着一条法则，它使我们不可能无中生有地获得能量？也就是说自然界各种能量之间存在着一定的转化关系。这方面的思考是能量转化和守恒原理建立的线索之一。德国著名物理学家和生理学家亥姆霍兹（H. Helmholtz，1821-1894）就是从永动机不可能实现的这个事实入手研究发现能量转化和守恒原理的。他在论文中写道：“鉴于前人试验的失败，人们不再询问我如何能利用各种自然力之间已知和未知的关系来创造一种永恒的运动，而是问道如果永恒的运动是不可能的，在各种自然力之间应该存在着什么样的关系？” 19世纪中叶，能量转化和守恒原理得到了科学界的普遍承认。这一原理指出：自然界的一切物质都具有能量，对应于不同的运动形式，能量也有不同的形式，如机械运动的动能和势能，热运动的内能，电磁运动的电磁能，化学运动的化学能等，他们分别以各种运动形式特定的状态参量来表示。当运动形式发生变化或运动量发生转移时，能量也从一种形式转化为另一种形式，从一个系
统传递给另一个系统；在转化和传递中总能量始终不变。还有另外一种非常美妙的幻想，它并不违反能量转化和守恒原理。假如能把空气或海水里的热能，通过一种巧妙的机器，全部转化成我们所需要的机械功，这可以成为取之不尽、用之不竭的能源。发明这种机器的想法，比起前面要凭空产生能量的想法聪明得多了。如果这种机器真能发明的话，还有另一好处，一方面我们可以把一种东西里面的热能取出来做功，同时还会使这种东西的温度降低。这样，我们可以在海洋上设置一些巨大的工厂，利用海水里的热能，来进行各种不同的工作，比如利用它来发电，一只轮船可以利用海水中的热量，不必烧煤或烧油，就能到世界各地去航行，这岂非美事！这可称作第二种永动机，也是不可能实现的，因为它和热力学第二定律相违背。热力学第二定律是由无数次实践证明了的客观规律。它可以表述为：“从单一热源吸取热量使之完全变为有用的功而不产生其他影响是不可能的。”这也就是说，热机不可能有100%的效率，它要在把从高温热源吸收的一部分热量变为有用功的同时，把另一部分热量放到低温热源。追寻永动机的失败经历，可以给我们两点启示：首先，失败的经历也有积极的科学研究价值，永动机的种种设计方案的失败，引起了人们的反思，启发了能量转化和守恒的思想，成为能量转化和守恒原理建立的思考线索之一；其次，要依据科学规律办事。历史上追求永动机的人们，并不是因为他们没有一种良好的愿望，也不是他们缺乏刻苦钻研的精神，只是由于他们做的是违背客观规律的工作。在人们还没有认识能量传递和转化的规律之前，对那些寻求永动机的努力遭到的失败，我们只能感到遗憾，但是，如果在今天还有人去设计永动机，那他就是愚蠢的，是违反科学规律的，也是永远不会成功的。人类利用自然,必须遵守自然规律,而不是去研制永远不能实现的永动机。
永动机骗局
历史上曾经无数人痴迷于永动机的设计和制造，在热力学体系建立之前，这些人中即有科学家，也有希望借此成名发财的投机者，而热力学体系建立后，致力于永动机设计的除了希望打破现有科学体系的“民间科学家”外，更多的则是一些借永动机之名牟取钱财的骗子。历史上著名的永动机骗局有：△自动轮骗局：1714年，德国人奥尔菲留斯声称发明了一部名为自动轮的永动机，这部机器每分钟旋转六十转，并能够将16公斤的物体提高相当的高度，当他宣布了这一消息并进行了公开实验后，名噪整个德国。1717年一位来自波兰的州长在验看了安放自动轮的房间后，派军队把守这座房屋，40天他发现自动轮仍在转动，便给奥尔菲留斯颁发了鉴定证书。奥尔菲留斯靠展出自动轮获取了大量金钱，俄国沙皇彼得一世甚至与他达成价值10万卢布的购买协议。最终由于奥尔菲留斯的太太与女仆发生争执，女仆愤而曝光，原来自动轮是依靠隐藏在房间夹壁墙中的女仆牵动缆绳运转的，整个事件是一个骗局。△王洪成骗局：中国哈尔滨人王洪成曾在1984年提出一个永动机方案，他利用他设计的永动机驱动自家的洗衣机、电扇等装置运转，不久骗局被揭穿，他制作的永动机模型是用隐藏的钮扣电池驱动的一个电动马达，而供应洗衣机、电扇运转的则是暗藏在地下的电线。1998年，王洪成的另一个骗局“水变油”被揭穿，他本人也因此入狱。另外在1980年代的巴黎博览会上，曾展出过一种“永动机装置”：这个装置是一个不停转动的大轮子，参观博览会的观众对这架永动机非常好奇，纷纷逆旋转方向推动轮盘，以期阻止轮子的转动。这个永动装置的设计者正是利用了观众的好奇心，让他们向后转动轮盘的动作为永动机上紧发条，维持装置的运转。此外，前国民党军队第12兵团司令官黄维，1948年在国共内战的徐蚌会战被俘之后，送至功德林战犯管理所接受“改造”，至1975年释放期间，他不顾众人异议，在所内潜心研制永动机，十分有名。最后当然仍以失败告终。永动机的原理。永动机磁力就是力。做一个实验。在一根棍子的两端各装一块磁铁。把棍子装在一架子上，让棍子可以转起来。然后在磁铁的下面装磁铁，左边的让磁铁向上运行，右边的让磁铁向下运行。我们可设计磁极来实现这一运动。1、永动机幻想的破灭历史上有不少人企图设计一种机器，它不消耗能量，却可以不停息地转动甚至源源不断地对外做功，这就是人们所说
的永动机。虽然经过许多人的辛劳，但事实证明他们无一例外地都归于失败。永动机是一种幻想，永远不可能成功，因为它违反了自然界最普遍的一个规律，这就是能量转化与守恒定律。著名科学家达·芬奇早在15世纪就提出过永动机不可能的思想，他曾设计过一种转轮，如图所示，在转轮边沿安装一系列的容器，容器中充了一些水银，他想水银在容器中移动有可能使转轮永远地转动，但是经过仔细研究之后，得出了否定的结论。他从许多类似的设计方案中认识到永动机的尝试是注定要失败的。他写道：“永恒运动的幻想家们！你们的探索何等徒劳无功！还是去做淘金者吧！”然而，15世纪以后的好几百年里面，制造永动机的活动却从未停止过。例如：17世纪，英国有一个被关在伦敦塔下叫马尔基斯的犯人，他做了一台可以转动的“永动机”，如图所示。转轮直径达4．3米，有40个各重23千克的钢球沿转轮辐翼外侧运动，使力矩加大，待转到高处时，钢球会自动地滚向中心。据说，他曾向英国国王查理一世表演过这一装置。国王看了很是高兴，就特赦了他。其实这台机器是靠惯性来维持短时运动的。软臂永动机 19世纪有人设计了一种特殊机构，如图所示。它的臂可以弯曲。臂上有槽，小球沿凹槽滚向伸长的臂端，使力矩增大。转到另一侧，软臂开始弯曲，向轴心靠拢。设计者认为这样可以使机器获得转矩。然而，他没有想到力臂虽然缩短了，阻力却增大了，转轮只能停止在原地。阿基米得螺旋永动机1681年，英国有一位著名的医生弗拉德提出一个建议，利用阿基米得螺旋（如图）把水池的水提到高处，再让升高的水推动水轮机，水轮机除了带动水磨做功以外，还可使阿基米得螺旋转不断提水，如此周而复始，不就可以无需担心天旱水枯了吗？一时间，响应他的人大有人在，形形色色的自动水轮机陆续提出，竟出现了热潮。磁力永动机大约在1570年，意大利有一位教授叫泰斯尼尔斯，提出用磁石的吸力可以实现永动机。他的设计如图所示，A是一个磁石，铁球C受磁石吸引可沿斜面滚上去，滚到上端的E处，从小洞B落下，经曲面BFC返回，复又被磁石吸引，铁球就可以沿螺旋途径连续运动下去。大概他那时还没有建立库仑定律，不知道磁力大小是与距离的平方成反比变化的，只要认真想一想，其荒谬处就一目了然了。类似的例子还有许多，这里就不详细描述了。我们只要列举一些名称，就足以说明这类徒劳无益的活动是如何广泛、诱人。例如：表面张力永动机、浮力永动机、永磁永动机、自动车、自动洗衣机，等等。就在一些人热衷于制造永动机的同时，科学家们从力学基本理论的研究中逐步认识到了自然界的客观规律性。继达·芬奇之后，斯蒂文于1568年写了一本《静力学基础》，其中讨论斜面上力的分解问题时，明确地提出了永动机不可能实现的观点。他所用的插图画在该书扉页上，见图，图的上方写着：“神奇其实并不神奇。”将14个等重的小球均匀地用线穿起组成首尾相连的球链，放在斜面上，他认为链的“运动没有尽头是荒谬的”，所以两侧应平衡。1775年，法国科学家郑重通过了一项决议，拒绝审理永动机。在《法国科学院的历史》一书中有如下记载：“这一年科学院通过决议，决定拒绝审理有关下列问题的解答：倍立方，三等分角，求与圆等面积的正方形，以及表现永恒运动的任何机器。”并且解释说：“永动机的建造是绝对不可能的，即使中间的摩擦和阻力不致最终破坏原来的动力，这个动力也不能产生等于原因的效果；再如设想动力可以连续起作用，其效果在一定时间之内也会是无限小。如果摩擦和阻力减小，初始的运动往往得以继续，但它不能与其他物体作用，在这种假设（自然界不可能存在）中，惟一可能的永恒运动对实现永动机建造者的目的将毫无用处。这些研究的缺点是费用极度昂贵，不止毁了一个家庭，本来可以为公众提供大量服务的技师们，往往为此浪费了他们的工具、时间和聪明才智。”然而，就是在法国科学院如此明确的警告之下，创造永动机的各种活动仍然未见收敛。19世纪中叶，能量守恒定律已经确立。1861年，英国有一位工程师德尔克斯收集了大量资料，写成一本名为《17、18世纪的永动机》的书，告诫人们，切勿妄想从永恒运动的赐予中获取名声和好运。可是，德尔克斯这部“警世恒言”却未能阻止永动机的继续泛
滥。19世纪末美国宾州有人想用磁铁代替钟摆的锤，企图用磁力做功代替发条，认为有可能无需发条而能自动维持摆动，结果是徒劳一场毫无成果。进入20世纪，更加复杂的、似是而非的种种设计不断被提了出来。例如有人想“发明”自动车，有人“创造”自动洗衣机，有人想利用水中的“分子吸引力”制造“自动”泵，有人想单纯靠永久磁铁做成发电机，特别是在“能源危机”的刺激下，这类活动竟有增无减，层出不穷。另一类永动机也常被人提出而且还很迷惑人。如19世纪80年代，美国华盛顿地区有一位发明家甘姆埃，设计了一种零度发动机（Zeromotor），用液态氨做工作物质，从周围环境中吸取热量，氨由液态变为气态，在0℃时产生4个大气压的压强，可以推动活塞做功，似乎这样就可以不需使用燃料。他还进一步解释说，氨气在驱动活塞后因膨胀而冷却，又会自动凝结于容器，于是就可循环地工作下去。1881年他的设计居然得到美国海军总工程师的支持，受到官方赞扬，甚至当时的美国总统也极有兴趣地观看了设计模型。他们也许认为，如果这种发动机真的成功，美国舰队就不需要加煤站，从汪洋大海中就可以取得无穷无尽的热能了。然而，只要科学地分析一下，就会发现甘姆埃的设计是属于单热源的热机，它违反了热力学第二定律，这就是不可能实现的第二类永动机。如果说永动机的“发明”对人类有点益处的话，那就是人们可以从中吸取教训：一切违背能量转化与守恒定律等自然规律的“创造”都是注定要失败的。
读了这些发明永动机的故事，大家有什么感想？科学规律不容违反，违反了就要碰壁，大家千万不要做那种徒劳无功的事啊！科学技术的发展应该用在如何尽量减少不必要的能量损耗，而不是去研制永远不能实现的永动机。
顾氏理论
格林柯尔总裁顾雏军突然名声大振缘于两件事，一是福布斯中国大陆富豪排行榜，顾雏军位居第20名，资产市值19.6亿元；二是宣布斥资5.6亿元收购科龙电器20.6%的股权，成为新任大股东。
看起来这是一个科技神话。但是事情真是那么简单吗？
-12年前的风暴
顾雏军第一次出现在公开的报道中，应该是1989年1月6日。这一天，首都两份大报同时推出一条特大新闻：北京华?集团董事长、30岁的能源工程师顾雏军，发明了“顾氏热力循环系统”——目前世界上“所有制冷、空调、热泵及热流体循环中最佳的热力循环系统”。
如果顾氏理论能够成立，则意味着热力学理论将被改写。用中国制冷学会秘书长曹德胜的话说：“那是要得诺贝尔奖的。”接下来，国内制冷学界的大部分专家对此投了反对票，这场辩论一直持续到1996年，最终导致了国内制冷学界与顾氏长达10年之久的对立。
“顾氏循环是怎么回事，1994年就有定论，”顾的研究生导师、天津大学教授吕灿仁说，“我的看法它是骗人的。”
1994年8月13日，《上海科技报》发表了记者朱克华的文章：《一个神话的破灭——顾氏循环的前前后后》。这篇文章及随后举行的“清除伪劣科技‘顾氏循环’座谈会”对顾雏军及其公司发生了重大影响，并导致其于1995年先后两次对相关单位及个人提出了“侵害名誉权”指控。
-顾氏企业神秘长大
顾雏军的人生指向在1996年前十分清晰。但是在1996年后，一切变得神秘起来。
“后来他撤诉了，然后就好像消失了一样，”现于《上海劳动报》供职的朱克华回忆说，“听说有关领导关注了此事，我们就没有再继续扩大事态。”根据朱的表述，1996年之后，
学界关于顾氏理论的争执终于平息下来，而顾雏军则正式淡出了学界，也正是从这一年开始，顾雏军发起来了。
对此，顾雏军在近日接受媒体采访时解释说：“我始终认为我发明的制冷剂是世界上最好的制冷剂，直到1996年春天，杜邦公司市场部主任公开表态：‘除了格林柯尔制冷剂是节能产品外，我不相信任何制冷剂是节能的。’由此我发明的制冷剂产品地位争论有了最后的结局。”
尽管早在1989年顾的华?集团就已经成立，后来在广东惠州注册了惠州华?空调设备有限公司，生产“小康牌”家用空调。1997年后，顾雏军重返国内，在天津开发区设立了格林柯尔制冷剂(中国)有限公司，一出手就是5000万美元，顾氏个人出资额达到了4250万美元——他真的开始有钱了。
-所谓海外市场在哪里
在格林柯尔的宣传材料中，四种“环保制冷剂”的ASHRAE(美国供暖、制冷、空调工程师学会)编号分别为R405、AR411A、R411B和R411C。格林柯尔称这四种制冷剂受到多家政府的推荐，在海外拥有了大批长期商用用户。由于海外市场对其制冷剂的高度认可，格林柯尔在短短几年间“已经发展成为仅次于杜邦和帝国化工的全球第三大制冷剂制造商”。
实际情况的确如此吗？一家大型跨国化工集团的代表说：“在国际制冷产业界，并没有听说格林柯尔的位置如此靠前。”根据北京市制冷学会提供的资料，美国政府已于1996年2月8日发布公告，将R405A作为“不接受的替代物”。而ASHRAE对另外三种制冷剂的态度是：由于其主要成分均为R22(HCFC—22)，故不能作为R22的替代物。
根据曹德胜的估计，目前国内制冷剂年消耗量为3万到4万吨之间，格林柯尔制冷剂所占份额“很小很小，只有千把吨”。
但是这“千把吨”的销量，却支撑起在香港创业板上市的格林柯尔科技控股有限公司(股票代码8056)神奇的业绩。据该公司2000年年报和2001年中报显示，其销售收入和利润连续两年保持了超过60%的增长，2001年统计“截至6月底，纯利达1.49亿元人民币”，业绩高居香港创业板之冠。业内人士估算，格林柯尔制冷剂国内市场销售价在每公斤100元左右，按照一年1000吨的销量计算，则其全年销售收入应在1亿元人民币左右，即便算上替换工程费(据格林柯尔称不收用户工程费)，收入也不应该超过1.5亿元，何况是纯利润？
-科龙游戏
关于格林柯尔收购科龙，最令人震惊的说法来自《财经》杂志。该杂志在11月20日称：截至11月15日，格林柯尔的(收购)资金还未到位。格林柯尔正在多方筹措，准备以科龙股权为质押，从顺德当地的金融机构贷出数额相当大的款项。另外，格林柯尔方面提出新的付款方式，想用部分格林柯尔股权交换科龙股权，此项建议已被拒绝。
假设上述报道属实，则“科龙收购案”的大致“玩法”如下：先签署收购协议，然后吸引新闻界造势形成既成事实，接着向对方提出压迫性条件，降低收购成本。
如果收购科龙成功，顾氏不仅将一举打破国内制冷设备制造业对格林柯尔制冷剂的封锁，并且得到了一个操作国内上市公司的机会。接下去会发生什么呢？仍然是迷雾重重。
-文/《南方周末》庞义成
关于格林柯尔
格林柯尔科技控股公司于2000年7月在香港创业板上市，公司以其良好的行业前景以及极强的综合竞争力，发行时受到市场抢购。
自1998年开始，中国限制和禁止使用消耗臭氧层物质的呼声日高，中国政府开始了分行业逐步分批淘汰破坏臭氧层物质生产的进程。为配合中国政府加快淘汰氟利昂的步伐，格林柯尔集团相继在北京、广东、海南和湖北投入巨资建立了以替代氟利昂为己任的四家高科
技环保工程公司。
今年10月31日，广东科龙电器股份有限公司(以下简称科龙电器)正式宣告第一大股东即将易主。在这次股权转让中，科龙电器公司法人股东——顺德市容桂镇政府所属的“广东科龙(容声)集团有限公司”把总计20447.5755万股的法人股份转让给顺德市格林柯尔企业发展公司，转让价款5.6亿元人民币。完成交易的过户手续后，格林柯尔企业发展公司将持有科龙电器20.6%的股份成为其第一大股东，广东科龙(容声)集团有限公司持股比例将降为13.46%，为第二大股东。文/王军光
热力学第一定律试题 （一）填空题（每题2分） 1．1-1-1-9 理想气体等温可逆膨胀过程，ΔU 0，ΔH 0，Q 0，W 0。 (填>、=、<) 2．1-1-1-11 气体分子数增加的反应，在恒容无非体积功的条件下，ΔU ΔH，ΔH Q，ΔU Q，W 0。(填>、=、<) 3．1-1-1-9 将热量Q传给一定量的理想气体，（1）若体积不变，则这热量转变为；（2）若温度不变，则这热量转变为；（3）若压 力不变，则这热量转变为。 4．1-1-1-9 在一个绝热箱内装有浓硫酸和水，开始中间用隔膜分开，然后弄破隔膜，使水和浓硫酸混合，以水和浓硫酸为体系，则Q 0，W 0，ΔU 0。(填>、=、<) 5．1-1-1-13 1mol液态苯在298K时置于恒容氧弹中完全燃烧，生成水和二氧化碳气体，同时放热3264KJ·mol-1。则其等压燃烧热为 。 ．1-1-1-13 反应C(石墨) + O2 CO2(g)的ΔH，是CO2(g)的热，是C(石墨)的热。 7．1-1-1-9 有3molH2(可视为理想气体)，由298K加热到423K，则此过程的ΔU为。 8．1-1-1-9 1mol双原子理想气体，从温度300K绝热压缩到500K，则焓变为。 9. 1-1-1-3 体系经历不可逆循环后，ΔU 0，ΔH 0。 （二）选择题（每题1分） 10．1-4-2-1 有一敞口容器中放有水溶液，如果以此溶液为体系，则为：（） (A) 孤立体系 (B) 封闭体系 (C) 敞开体系 (D) 绝热体系 11．1-4-2-1把一杯水放在刚性绝热箱内，若以箱内热水及空气为体系，则该体系为：（） (A) 敞开体系 (B) 封闭体系 (C)孤立体系 (D)绝热体系 12．1-4-2-2 以下性质为容量性质的是（） (A) 温度 (B) 密度 (C) 压力 (D) 体积 13．1-4-2-2 以下性质为强度性质的是（） (A) 内能 (B) 温度 (C) 体积 (D) 焓 14．1-4-2-3下列不符合热力学平衡状态含义的叙述是（） (A) 系统内各部分之间及系统与环境间有不平衡作用力存在 (B) 系统内部各处温度相同，且不随时间变化
第一章热力学第一定律 思考题 1. 下列说法中哪些是不正确的？ （1）绝热封闭系统就是孤立系统； （2）不作功的封闭系统未必就是孤立系统； （3）作功又吸热的系统是封闭系统； （4）与环境有化学作用的系统是敞开系统。 【答】（1）不一定正确。绝热条件可以保证系统和环境之间没有热交换，封闭条件可以保证系统和环境之间没有物质交换。但是单单这两个条件不能保证系统和环境之间没有其他能量交换方式，如作功。当绝热封闭的系统在重力场中高度发生大幅度变化时，系统和地球间的作功不能忽略，系统的状态将发生变化。 （2）正确。 （3）不正确。系统和环境间发生物质交换时，可以作功又吸热，但显然不是封闭系统。为了防止混淆，一般在讨论功和热的时候，都指定为封闭系统，但这并不意味着发生物质交换时没有功和热的发生。但至少在这种情况下功和热的意义是含混的。 （4）正确。当发生化学作用（即系统和环境间物质交换）时，将同时有热和功发生，而且还有物质转移，因此是敞开系统。 2. 一隔板将一刚性容器分为左、右两室，左室气体的压力大于右室气体的压力。现将隔板抽去，左、右室气体的压力达到平衡。若以全部气体作为系统，则△U、Q、W为正？为负？或为零？ 【答】因为容器是刚性的，在不考虑存在其它功的情况下，系统对环境所作的功的W = 0 ；容器又是绝热的，系统和环境之间没有能量交换，因此Q = 0；根据热力学第一定律△U = Q ＋W，系统的热力学能（热力学能）变化△U = 0。 3. 若系统经下列变化过程，则Q、W、Q + W 和△U 各量是否完全确定？为什么？ （1）使封闭系统由某一始态经过不同途径变到某一终态； （2）若在绝热的条件下，使系统从某一始态变化到某一终态。 【答】（1）对一个物理化学过程的完整描述，包括过程的始态、终态和过程所经历的具体途径，因此仅仅给定过程的始、终态不能完整地说明该过程。 Q、W 都是途径依赖（path-dependent）量，其数值依赖于过程的始态、终态和具体途径，只要过程不完全确定，Q、W 的数值就可能不确定。因为Q + W =△U，只要过程始、终态确定，则△U 确定，因此Q + W 也确定。 （2）在已经给定始、终态的情况下，又限定过程为绝热过程，Q = 0，Q 确定；W =△U，W和△U 也确定。 4. 试根据可逆过程的特征指出下列过程哪些是可逆过程？ （1）在室温和大气压力（101.325 kPa）下，水蒸发为同温同压的水蒸气； （2）在373.15 K 和大气压力（101.325 kPa）下，蒸发为同温同压的水蒸气； （3）摩擦生热； （4）用干电池使灯泡发光； （5）水在冰点时凝结成同温同压的冰；
第 二 章 热力学第一定律 一、思考题 1. 判断下列说法是否正确，并简述判断的依据 （1）状态给定后，状态函数就有定值，状态函数固定后，状态也就固定了。 答：是对的。因为状态函数是状态的单值函数。 （2）状态改变后，状态函数一定都改变。 答：是错的。因为只要有一个状态函数变了，状态也就变了，但并不是所有的状态函数都得变。 （3）因为ΔU=Q V ，ΔH=Q p ，所以Q V ，Q p 是特定条件下的状态函数? 这种说法对吗？ 答：是错的。?U ，?H 本身不是状态函数，仅是状态函数的变量，只有在特定条件下与Q V ，Q p 的数值相等，所以Q V ，Q p 不是状态函数。 （4）根据热力学第一定律，因为能量不会无中生有，所以一个系统如要对外做功，必须从外界吸收热量。 答：是错的。根据热力学第一定律U Q W ?=+，它不仅说明热力学能（ΔU ）、热（Q ）和功（W ）之间可以转化，有表述了它们转化是的定量关系，即能量守恒定律。所以功的转化形式不仅有热，也可转化为热力学能系。 （5）在等压下，用机械搅拌某绝热容器中的液体，是液体的温度上升，这时ΔH=Q p =0 答：是错的。这虽然是一个等压过程，而此过程存在机械功，即W f ≠0，所以ΔH≠Q p 。 （6）某一化学反应在烧杯中进行，热效应为Q 1，焓变为ΔH 1。如将化学反应安排成反应相同的可逆电池，使化学反应和电池反应的始态和终态形同，这时热效应为Q 2，焓变为ΔH 2，则ΔH 1=ΔH 2。 答：是对的。Q 是非状态函数，由于经过的途径不同，则Q 值不同，焓（H ）是状态函数，只要始终态相同，不考虑所经过的过程，则两焓变值?H 1和?H 2相等。 2 . 回答下列问题，并说明原因 （1）可逆热机的效率最高，在其它条件相同的前提下，用可逆热机去牵引货车，能否使火车的速度加快？ 答？不能。热机效率h Q W -=η是指从高温热源所吸收的热最大的转换成对环境所做的功。
§2.2 热力学第一定律对理想气体的应用 2．2．1、等容过程 气体等容变化时，有=T P 恒量，而且外界对气体做功0=?-=V p W 。根据 热力学第一定律有△E=Q 。在等容过程中，气体吸收的热量全部用于增加内能，温度升高；反之，气体放出的热量是以减小内能为代价的，温度降低。 p V i T C n E Q V ???= ??=?=2 式中 R i T E v T Q C V ?=??=?=2)(。 2．2．1、等压过程 气体在等压过程中，有=T V 恒量，如容器中的活塞在大气环境中无摩擦地自 由移动。 根据热力学第一定律可知：气体等压膨胀时，从外界吸收的热量Q ，一部分用来增加内能，温度升高，另一部分用于对外作功；气体等压压缩时，外界对气体做的功和气体温度降低所减少的内能，都转化为向外放出的热量。且有 T nR V p W ?-=?-= T nC Q p ?= V p i T nC E v ??=?=?2 定压摩尔热容量p C 与定容摩尔热容量V C 的关系有R C C v p +=。该式表明：1mol 理想气体等压升高1K 比等容升高1k 要多吸热8.31J ，这是因为1mol 理想气体等压膨胀温度升高1K 时要对外做功8.31J 的缘故。 2．2．3、等温过程 气体在等温过程中，有pV =恒量。例如，气体在恒温装置内或者与大热源想
接触时所发生的变化。 理想气体的内能只与温度有关，所以理想气体在等温过程中内能不变，即△E =0，因此有Q=-W 。即气体作等温膨胀，压强减小，吸收的热量完全用来对外界做功；气体作等温压缩，压强增大，外界的对气体所做的功全部转化为对外放出的热量。 2．2．4、绝热过程 气体始终不与外界交换热量的过程称之为绝热过程，即Q=0。例如用隔热良好的材料把容器包起来，或者由于过程进行得很快来不及和外界发生热交换，这些都可视作绝热过程。 理想气体发生绝热变化时，p 、V 、T 三量会同时发生变化，仍遵循=T pV 恒 量。根据热力学第一定律，因Q=0，有 )(21122V p V p i T nC E W v -=?=?= 这表明气体被绝热压缩时，外界所作的功全部用来增加气体内能，体积变小、温度升高、压强增大；气体绝热膨胀时，气体对外做功是以减小内能为代价的，此时体积变大、温度降低、压强减小。气体绝热膨胀降温是液化气体获得低温的重要方法。 例：0.020kg 的氦气温度由17℃升高到27℃。若在升温过程中，①体积保持不变，②压强保持不变；③不与外界交换热量。试分别求出气体内能的增量，吸收的热量，外界对气体做的功。 气体的内能是个状态量，且仅是温度的函数。在上述三个过程中气体内能的增量是相同的且均为： J T nC E v 6231031.85.15=???=?=?
第2章 《热力学第一定律》练习题 一、思考题 1. 理想气体的绝热可逆和绝热不可逆过程的功，都可用公式V W C T =?计算，那两种过程所做的功是否一样 2. 在相同的温度和压力下，一定量氢气和氧气从四种不同的途径生成水：(1)氢气在氧气中燃烧，(2)爆鸣反应， (3)氢氧热爆炸，(4)氢氧燃料电池。在所有反应过程中，保持反应方程式的始态和终态都相同，请问这四种变化途径的热力学能和焓的变化值是否相同 3. 在298 K ， kPa 压力下，一杯水蒸发为同温、同压的气是一个不可逆过程，试将它设计成可逆过程。 二、填空题 1. 封闭系统由某一始态出发，经历一循环过程，此过程的_____U ?=；_____H ?=；Q 与W 的关系是______________________，但Q 与W 的数值________________________，因为_________________________。 2. 状态函数在数学上的主要特征是________________________________。 3. 系统的宏观性质可分为___________________________________，凡与系统物质的量成正比的物理量均称为___________________________。 4. 在300K 的常压下，2mol 的某固体物质完全升华过程的体积功_________e W =。 5. 某化学反应：A(l) + (g) → C(g)在500K 恒容条件下进行，反应进度为1mol 时放热10kJ ，若反应在同样温度恒容条件下进行，反应进度为1mol 时放热_____________________。 6. 已知水在100℃的摩尔蒸发焓40.668ap m H ν?=kJ·mol -1，1mol 水蒸气在100℃、条件下凝结为液体水，此过程的_______Q =；_____W =；_____U ?=；_____H ?=。 7. 一定量单原子理想气体经历某过程的()20pV ?=kJ ，则此过程的_____U ?=；_____H ?=。 8. 一定量理想气体，恒压下体积工随温度的变化率____________e p W T δ?? = ????。 9. 封闭系统过程的H U ?=?的条件：(1) 对于理想气体单纯pVT 变化过程，其条件是_____________________； (2)对于有理想气体参加的化学反应，其条件是______________________________________。 10. 压力恒定为100kPa 下的一定量单原子理想气体，其_____________p H V ???= ????kPa 。 11. 体积恒定为2dm 3的一定量双原子理想气体，其_______________V U p ???= ????m 3 。
第一章热力学第一定律练习题 一、判断题（说法对否）： 1.当系统的状态一定时，所有的状态函数都有一定的数值。当系统的状态发生 变化时，所有的状态函数的数值也随之发生变化。 2.在101.325kPa、100℃下有lmol的水和水蒸气共存的系统，该系统的状态 完全确定。 3.一定量的理想气体，当热力学能与温度确定之后，则所有的状态函数也完 全确定。 4.系统温度升高则一定从环境吸热，系统温度不变就不与环境换热。 5.从同一始态经不同的过程到达同一终态，则Q和W的值一般不同，Q + W 的值一般也不相同。 6.因Q P = ΔH，Q V = ΔU，所以Q P与Q V都是状态函数。 7．体积是广度性质的状态函数；在有过剩NaCl(s) 存在的饱和水溶液中，当温度、压力一定时；系统的体积与系统中水和NaCl的总量成正比。8．封闭系统在压力恒定的过程中吸收的热等于该系统的焓。 9．在101.325kPa下，1mol l00℃的水恒温蒸发为100℃的水蒸气。若水蒸气可视为理想气体，那么由于过程等温，所以该过程ΔU = 0。 10.一个系统经历了一个无限小的过程，则此过程是可逆过程。 11．1mol水在l01.325kPa下由25℃升温至120℃，其ΔH= ∑C P,m d T。12．因焓是温度、压力的函数，即H = f(T,p)，所以在恒温、恒压下发生相变时，由于d T = 0，d p = 0，故可得ΔH = 0。 13．因Q p = ΔH，Q V = ΔU，所以Q p - Q V = ΔH - ΔU = Δ(p V) = -W。14．卡诺循环是可逆循环，当系统经一个卡诺循环后，不仅系统复原了，环境也会复原。 15．若一个过程中每一步都无限接近平衡态，则此过程一定是可逆过程。16．(?U/?V)T = 0 的气体一定是理想气体。 17．一定量的理想气体由0℃、200kPa的始态反抗恒定外压(p环= 100kPa) 绝热膨胀达平衡，则末态温度不变。 18．当系统向环境传热(Q < 0)时，系统的热力学能一定减少。
物理化学热力学第一定 律习题答案 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
第二章 热力学第一定律 2-1 1mol 理想气体于恒定压力下升温1℃，试求过程中气体与环境交换的功W 。 解：体系压力保持恒定进行升温，即有P 外=P ，即反抗恒定外压进行膨胀， J T nR nRT nRT pV pV V V p W amb 314.8)(121212-=?-=+-=+-=--= 2-2 系统由相同的始态经过不同途径达到相同的末态。若途径a 的Q a =2.078kJ ，W a = -4.157kJ ；而途径b 的Q b = -0.692kJ 。求W b 。 解：应用状态函数法。因两条途径的始末态相同，故有△U a =△U b ，则 b b a a W Q W Q +=+ 所以有，kJ Q W Q W b a a b 387.1692.0157.4078.2-=+-=-+= 2-3 4mol 某理想气体，温度升高20℃，求△H -△U 的值。 解： 方法一： 665.16J 208.3144 )20()( 2020,,20,20,=??=-+==-= -=?-?? ? ? ? ++++T K T nR nRdT dT C C n dT nC dT nC U H K T T K T T m V m p K T T m V K T T m p 方法二：可以用△H=△U+△(PV)进行计算。 2-4 某理想气体, 1.5V m C R =。今有该气体5 mol 在恒容下温度升高50℃，求过程的W ，Q ，△H 和△U 。 解：恒容：W=0； kJ J K nC T K T nC dT nC U m V m V K T T m V 118.33118503145.823 550 ) 50(,,50,==???=?=-+==?? + kJ J K R C n T K T nC dT nC H m V m p K T T m p 196.55196503145.82 5 5 50)()50(,,50,==???=?+==-+==?? + 根据热力学第一定律，：W=0，故有Q=△U=3.118kJ
热力学第一定律--说 课稿--教案 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
水，直至水沸腾。在这一过程中，铁块从周围水中吸收了热量使它温度升高，内能增加。这过程中水的一部分内能通过热量传递使铁块内能增加。铁块吸收多少热量，它内能就增加多少。公式Q=ΔE 表示吸收的热量与内能变化量的关系，也反映出铁块增加的内能数量与水转移给铁块的内能数量相等。 一般情况下，如果物体跟外界同时发生做功和热传递过程，那么，外界对物体所做的功W加上物体从外界吸收的热量Q，等于物体内能的增加ΔE，即W+Q=ΔE 上式所表示的是功、热量和内能之间变化的定量关系，同时它也反映了一个物体的内能增加量等于物体的机械能减少量和另外物体内能减少量（内能转移量）之和。进而说明，内能和机械能转化过程中能量是守恒的。 2．其他形式的能也可以和内能相互转化 （1）介绍其他形式能：我们学习过机械运动有机械能，热运动有内能，实际上自然界存在着许多不同形式的运动，每种运动都有一种对应的能量，如电能、磁能、光能、化学能、原子能等。 （2）不仅机械能和内能可以相互转化，其他形式能也可以和内能相互转化，举例说明：（同时放映幻灯片） ①电炉取暖：电能→内能 ②煤燃烧：化学能→内能 ③炽热灯灯丝发光：内能→光能 （3）其他形式的能彼此之间都可以相互转化。画出图表让学生回答分析： 3．能量守恒定律 大量事实证明：各种形式的能都可以相互转化，并且在转化过程中守恒。 能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转
化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体；在转化和转移过程中其总量不变．这就是能量守恒定律。 在学习力学知识时，学习了机械能守恒定律。机械能守恒定律是有条件限制的定律，而且实际现象中是不可能实现的。而能量守恒定律是存在于普遍自然现象中的自然规律。这规律对物理学各个领域的研究，如力学、电学、热学、光学等都有指导意义。它也对化学、生物学等自然科学的研究都有指导作用。 4．永动机不可能制成 历史上不少人希望设计一种机器，这种机器不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功。这种机器被称为永动机。虽然很多人，进行了很多尝试和各种努力，但无一例外地以失败告终。失败的原因是设计者完全违背了能的转化和守恒定律，任何机器运行时其能量只能从一种形式转化为另一种形式。如果它对外做功必然消耗能量，不消耗能量就无法对外做功，因而永动机是永远不可能制造成功的。 5．运用能的转化和守恒定律进行物理计算 例题：用铁锤打击铁钉，设打击时有80％的机械能转化为内能，内能的50％用来使铁钉的温度升高。问打击20次后，铁钉的温度升高多少摄氏度？已知铁锤的质量为1.2kg，铁锤打击铁钉时的速度是10m/s，铁钉质量是40g，铁的比热是5.0×102J/（kg·℃）。 首先让学生分析铁锤打击铁钉的过程中能量的转化。 归纳学生回答结果，指出铁锤打击铁钉时，铁锤的一部分动能转化为内能，而且内能中的一半被铁钉吸收，使它的温度升高。如果用ΔE表示铁钉的内能增加量，铁锤和铁钉的质量分别用M和m 表示，铁锤打击铁钉时的速度用v表示。依据能的转化和守恒定 律，有 铁钉的内能增加量不能直接计算铁钉的温度，我们把机械能转化为内能的数量等效为以热传递方式完成的，因此等效为计算打击过程中铁钉吸收多少热量，这热量就是铁钉的内能增加量。因此有 Q=cmΔt 上式中c为铁钉的比热，Δt表示铁钉的温度升高量。将上面两个
第二章练习题 一、填空题 1、根据体系和环境之间能量和物质的交换情况，可将体系分成、、 。 2、强度性质表现体系的特征，与物质的数量无关。容量性质表现 体系的特征，与物质的数量有关，具有性。 3、热力学平衡状态同时达到四种平衡，分别是、、 、。 4、体系状态发生变化的称为过程。常见的过程有、 、、、。 5、从统计热力学观点看，功的微观本质是，热的微观本质是 。 6、气体各真空膨胀膨胀功W= 0 7、在绝热钢瓶中化学反应△U= 0 8、焓的定义式为。 二、判断题（说法对否）： 1、当体系的状态一定时，所有的状态函数都有一定的数值。（√） 2、当体系的状态发生变化时，所有的状态函数的数值也随之发生变化。（χ）3．因= ΔH， = ΔU，所以与都是状态函数。（χ） 4、封闭系统在压力恒定的过程中吸收的热等于该系统的焓。（χ） 错。只有封闭系统不做非膨胀功等压过程ΔH=Q P 5、状态给定后，状态函数就有定值；状态函数确定后，状态也就确定了。（√） 6、热力学过程中W的值应由具体过程决定( √ ) 7、1mol理想气体从同一始态经过不同的循环途径后回到初始状态，其热力学能
不变。( √ ) 三、单选题 1、体系的下列各组物理量中都是状态函数的是（ C ） A 、T、P、V、Q B 、m、W、P、H C、T、P、V、n、 D、T、P、U、W 2、对于内能是体系的单值函数概念，错误理解是（ C ） A体系处于一定的状态，具有一定的内能 B对应于某一状态，内能只能有一数值不能有两个以上的数值 C状态发生变化，内能也一定跟着变化 D对应于一个内能值，可以有多个状态 3下列叙述中不具有状态函数特征的是（D ） A体系状态确定后，状态函数的值也确定 B体系变化时，状态函数的改变值只由体系的始终态决定 C经循环过程，状态函数的值不变 D状态函数均有加和性 4、下列叙述中正确的是（ A ） A物体温度越高，说明其内能越大B物体温度越高，说明其所含热量越多C凡体系温度升高，就肯定是它吸收了热 D凡体系温度不变，说明它既不吸热也不放热 5、下列哪一种说法错误（ D ） A焓是定义的一种具有能量量纲的热力学量 B只有在某些特定条件下，焓变△H才与体系吸热相等 C焓是状态函数 D焓是体系能与环境能进行热交换的能量
1、对于理想气体的内能有下述四种理解： (1) 状态一定，内能也一定 (2) 对应于某一状态的内能是可以直接测定的 (3) 对应于某一状态，内能只有一个数值，不可能有两个或两个以上的数值 (4) 状态改变时，内能一定跟着改变 其中正确的是： ( D ) (A) (1),(2) (B) (3),(4) (C) (2),(4) (D) (1),(3) 2、下面陈述中，正确的是： ( C ) (A) 虽然Q和W是过程量，但由于Q V =ΔU，Q p=ΔH，而U和H是状态函数，所以Q V和Q p是状态 函数 (B) 热量是由于温度差而传递的能量，它总是倾向于从含热量较多的高温物体流向含热量较少 的低温物体 (C) 封闭体系与环境之间交换能量的形式非功即热 (D) 两物体之间只有存在温差，才可传递能量，反过来体系与环境间发生热量传递后, 必然要 引起体系温度变化 4、"压强",即物理化学中通常称为"压力"的物理量,其量纲应该是什么 (A) (A) 动量 (B) 力 (C) 动能 (D) 加速度 面积·时间面积·时间面积·时间面积·质量 5、一体系如图，隔板两边均充满空气(视为理想气体)，只是两边压力不等，已知p右
《热力学第一定律》 课题：热力学第一定律 科目：物理教学对象：高二选用教材：人教版选修3-3第十章第3节教师：师范班林琬晴 一、教学内容分析 本节内容选自人教版选修3-3第十章《热力学定律》的第3节《热力学第一定律能量守恒定律》。 从教材结构上来看，本章从研究绝热过程中功和内能关系开始，到讨论单纯的热传递过程中热与内能的关系，逐步剖析功、热量以及内能三者之间的关系，引出了热力学第一定律以及能量守恒定律的内容（能量守恒定律在人教版必修2第七章第10节已学习，因此并未在本课的设计范围内）。在学习了守恒律后，学生能够通过学习热力学第二定律来了解自然过程的不可逆性，认识自然界的一切自发过程都是朝着熵增大的方向进行的这一规律。 从课程标准来看热力学第一定律在高考中是I级要求，了解其内容及含义并且能进行简单运用即可。热力学第一定律为同学们建立了“做功与传热在改变系统内能方面是等价的”这一图像，是高中教学的重点但非难点。 从教材内容来看，教材的思路是从焦耳的实验出发得到“做功与传热在改变系统内能方面是等价的”的观念，从而总结出的规律，进而推广得到能量守恒定律，并介绍永动机的不可能性。而本节课的教学设计是在教材的基础上，用一个新颖的实验作为引入，承接原来学过的“单纯做功／热传递改变系统内能”引出“做功与传热在改变系统内能方面的等价性”，激发学生乐趣，有助学生理解物理图像。 从功能上讲，学习热力学第一定律完善了学生对于能量及其规律的知识体系，且让学生能更深一步了解热与内能，并且为下一节学习熵的原理打下基础。 二、教学目标 物理观念1.能够从能量转化的角度理解热力学第一定律的形式和内涵。 2.理解、掌握能量守恒定律，会用能量守恒的观点分析物理现象， 明确其优越性。 3.了解第一类永动机不能制成的原因。 科学思维会用解决一些简单的问题。了解建立热力学第一定律的
第二章热力学第一定律及其应用 1. 如果一个体重为70kg的人能将40g巧克力的燃烧热(628 kJ) 完全转变为垂直位移所要作的功 ,那么这点热量可支持他爬多少高度? 2. 在291K和下,1 mol Zn(s)溶于足量稀盐酸中,置换出1 mol H2并放热152 kJ。若以Zn和盐酸为体系，求该反应所作的功及体系内能的变化。 3．理想气体等温可逆膨胀，体积从V1胀大到10V1，对外作了41.85 kJ的功，体系的起始压力为202.65 kPa。 (1)求V1。 (2)若气体的量为2 mol ,试求体系的温度。 4．在101.325 kPa及423K时，将1 mol NH3等温压缩到体积等于10 dm3, 求最少需作多少功？ （1）假定是理想气体。 （2）假定服从于范德华方程式。 已知范氏常数a=0.417 Pa·m6·mol-2, b=3.71× m3/mol. 5．已知在373K和101.325 kPa时，1 kg H2O（l）的体积为1.043 dm3,1 kg水气的体积为1677 dm3,水的 =40.63 kJ/mol 。当1 mol H2O(l),在373 K 和外压为时完全蒸发成水蒸气时，求 （1）蒸发过程中体系对环境所作的功。 （2）假定液态水的体积忽略而不计，试求蒸发过程中的功，并计算所得结果的百分误差。 （3）假定把蒸汽看作理想气体，且略去液态水的体积，求体系所作的功。（4）求（1）中变化的和。 （5）解释何故蒸发热大于体系所作的功？ 6．在273.16K 和101.325 kPa时,1 mol的冰熔化为水，计算过程中的功。
已知在该情况下冰和水的密度分别为917 kg·m-3和1000 kg·m-3。 7．10mol的气体（设为理想气体），压力为1013.25 kPa,温度为300 K，分别求出等温时下列过程的功： （1）在空气中（压力为101.325 kPa）体积胀大1 dm3。 （2）在空气中膨胀到气体压力也是101.325 kPa。 （3）等温可逆膨胀至气体的压力为101.325 kPa。 8．273.2K，压力为5×101.325 kPa的N2气2 dm3,在外压为101.325 kPa下等温膨胀，直到N2气的压力也等于101.325 kPa为止。 求过程中的W,ΔU ，ΔH 和Q。假定气体是理想气体。 9．0.02kg乙醇在其沸点时蒸发为气体。已知蒸发热为858kJ/kg.蒸汽的比容为0.607 m3/kg。 试求过程的ΔU ，ΔH，Q，W（计算时略去液体的体积）。 10. 1× kg水在373K，101.325 kPa压力时，经下列不同的过程变为373 K， 压力的汽，请分别求出各个过程的W，ΔU ，ΔH 和Q 值。 （1）在373K，101.325 kPa压力下变成同温，同压的汽。 （2）先在373K，外压为0.5×101.325 kPa下变为汽，然后加压成373K，101.325 kPa压力的汽。 （3）把这个水突然放进恒温373K的真空箱中，控制容积使终态为101.325 kPa 压力的汽。 已知水的汽化热为2259 kJ/kg。 11. 一摩尔单原子理想气体，始态为2×101.325 kPa,11.2 dm3,经pT=常数的可逆过程压缩到终态为4×101.325 kPa，已知C(V,m)=3/2 R。求： （1）终态的体积和温度。 （2）ΔU 和ΔH 。 （3）所作的功。
第一章 热力学第一定律 一 . 选择题： 1. 恒容下，一定量的理想气体，当温度升高时内能将 ( ) (A) 降低 (B) 增加 (C) 不变 (D) 增加、减少不能确 定 2. 在一刚性的绝热箱中，隔板两边均充满空气，(视为理想气体)，只 是两边压力不等， 已知 P右< P左，则将隔板抽去后应有 ( ) (A) Q = 0 W = 0 △U = 0 (B) Q = 0 W < 0 △U > 0 (C) Q > 0 W < 0 △U > 0 (D) △U = 0 , Q ＝ W ≠ 0 3. 有一容器四壁导热，上部有一可移动的活塞，在该容器中同时放入 锌块和盐酸， 发生化学反应后活塞将上移一定距离，若以锌和盐酸为体系则 ( ) (A) Q < 0 , W = 0 , △rU < 0 (B) Q = 0 , W > 0 , △rU < 0 (C) Q < 0 , W > 0 , △rU = 0 (D) Q < 0 , W > 0 , △rU < 0 4. 苯在一个刚性的绝热容器中燃烧， 则 C6H6(l) + (15/2)O2(g) = 6CO2+ 3H2O(g) ( ) (A) △U = 0 , △H < 0 , Q = 0 (B) △U = 0 , △H > 0 , W = 0 (C) Q = 0 , △U = 0 , △H = 0 (D) Q = 0 , △U ≠ 0 , △H ≠ 0 5. 1mol，373K，标准压力下的水经下列二个不同过程达到 373K，标准
压力下的水气， (1) 等温等压可逆蒸发 (2) 真空蒸发，这二个过程中功和热 的关系为( ) (A) W1> W2 Q1> Q2 (B) W1< W2 Q1< Q2 (C) W1= W2 Q1= Q2 (D) W1> W2 Q1< Q2 6. 有一高压钢筒，打开活塞后气体喷出筒外，当筒内压力与筒外相等 时关闭活塞， 此时筒内温度将 ( ) (A) 不变 (B) 升高 (C) 降低 (D) 无法判定 7. 封闭体系从 1 态变 B 态，可以沿两条等温途径: （甲）可逆途径 （乙）不可逆途径 则下列关系式 ⑴ △U可逆> △U不可逆 ⑵ W可逆 > W不可逆 ⑶ Q可逆 > Q不可逆 ⑷ ( Q可逆 - W可逆) > ( Q不可逆 - W不可逆) 正确的是 ( ) (A) (1),(2) (B) (2),(3) (C) (3),(4) (D) (1),(4) ８. 化学反应在只做体积功的等温等压条件下，若从反应物开始进行反 应，则此反应 (A) 是热力学可逆过程 (B) 是热力学不可逆过程 (C) 是否可逆不能确定 (D) 是不能进行的过程 9. 1mol 单原子理想气体从 298K，202.65kPa 经历 ① 等温 ② 绝 热 ③ 等压三条途径可逆膨胀使体积增加到原来的 2 倍，所作的功分 别为 W1,W2,W3，三者的关系是 ( ) (A) W1> W2> W3 (B) W2> W1> W3 (C) W3> W2> W1 (D) W3> W1> W2
热力学第一定律试题 (一）填空题(每题２分） １。1—1—1-9 理想气体等温可逆膨胀过程，ΔＵ０，ΔH 0,Q ０， W ０. （填>、=、<) 2.1-１-1-1１气体分子数增加的反应,在恒容无非体积功的条件下，ΔU ΔH,ΔH Q,ΔU Q，W ０。（填>、=、<） 3．1-1—１-9 将热量Q传给一定量的理想气体，（1)若体积不变，则这热量转变为;（２）若 温度不变，则这热量转变为；（３)若压力不变，则这热量转变为。 4．1-１－1-9 在一个绝热箱内装有浓硫酸和水，开始中间用隔膜分开,然后弄破隔膜，使水和浓硫酸混合，以水和浓硫酸为体系,则Q 0，W 0，ΔＵ 0。（填〉、=、〈） 5。1-１－１-13 1ｍoｌ液态苯在298K时置于恒容氧弹中完全燃烧,生成水和二氧化碳气体，同时放热3２6 ４KJ·mol—１。则其等压燃烧热为。 6.1-1-1—13 反应C（石墨) ＋Ｏ2 ＣＯ2(g）的ΔH,是CＯ2(g）的热,是C（石墨)的 热. 7.1－1—１—9 有3molH2（可视为理想气体）,由29８K加热到423K,则此过程的ΔＵ为。 8。1-1—1-9 1ｍol双原子理想气体，从温度300K绝热压缩到50０Ｋ，则焓变为。 9。1-1—1－３体系经历不可逆循环后，ΔU 0，ΔH０。 （二)选择题（每题1分) １0.１—4－2－1 有一敞口容器中放有水溶液，如果以此溶液为体系,则为:( ） （A）孤立体系 (B）封闭体系（C）敞开体系（Ｄ) 绝热体系 1１.1—４－２－1把一杯水放在刚性绝热箱内，若以箱内热水及空气为体系,则该体系为：（）（A）敞开体系（B）封闭体系（C)孤立体系 (Ｄ）绝热体系 12.1—4－2-2 以下性质为容量性质的是( ) （A）温度（B) 密度 (C）压力 (D）体积 13。1—4-2-2 以下性质为强度性质的是( ） （A）内能（B) 温度 (C）体积（D）焓 14．1-４—2-３下列不符合热力学平衡状态含义的叙述是( ） （A) 系统内各部分之间及系统与环境间有不平衡作用力存在（B）系统内部各处温度相同，且不随时 间变化 （C) 当系统内有化学反应发生并达到平衡时,系统的物质组成不随时间变化 (D) 系统内相数及各相组成不随时间变化 15．1—４－２-３有关状态函数的描述不正确的是（） （A）状态一定,值一定; （B) 在数学上有全微分的性质; (Ｃ) 其循环积分等于零；（D）所有状态函数的绝对值都无法确定。 16．1-4-2－9 理想气体等温膨胀,环境将热传给系统，则系统的（） （A）ΔH<0，ΔU>0 （B）ΔＨ>0,ΔU〈0 （C）ΔH＜０，ΔU〈０（D) ΔＨ=0,ΔＵ=０ 17．1—4-2－6 下列表示式中正确的是（） (A）等压过程，ΔH=ΔＵ+ PＶ（B)等压过程，ΔH =0 (C) 等压过程，ΔH =ΔU + V P （Ｄ）恒容过程，ΔＨ=0 18．1—4-2-１4 在绝热钢弹中,发生一个放热的分子数增加的化学反应，则（） (A）Ｑ〉0,Ｗ＞0,ΔU ＞0 （B） Q=０,W=0,ΔU〉0 （Ｃ） Q=0，W=０，ΔU =0 （Ｄ) Q<0，Ｗ〉0，ΔU〈0 19．1－4—2-9 某理想气体发生一绝热不可逆过程，下列关系式不成立的是（） (A) PVγ＝常数（B） dＵ= －δＷ (C） dＵ= C v dT （Ｄ) PＶm=RT
《热力学第一定律能量守恒定律》 一、说教材 本节内容是在前面学习分子动理论及物体内能的知识的基础上，及对物体内能的改变的进一步量化研究而进行编写的，得出了热力学第一定律，并归纳得出了能量守恒定律。 热力学第一定律是热学中的一个重要定律，而能量守恒定律是整个物理学的一个重要定律。因此本节课的教学重点是：1. 热力学第一定律的教学；2.能量守恒定律的教学。教学难点是： 1. 热力学第一定律的应用；2是能量守恒定律的应用。 二、教学目标的确定 根据以上分析可知，通过本节课的教学，应使学生理解热力学第一定律，掌握定律中各物理量正负号的确定，会运用热力学第一定律解决一些实际问题，理解并会运用能量守恒定律分析解决一些实际问题。 三、说学情 我校生源教差，学生基础普遍不好，对抽象事物的理解能力极弱，多数学生存在厌学情绪。 四、说教法 鉴于我班学生的实际情况，又由于热力学第一定律是教学的重点及难点，因此我将利用教学的相当多的时间来进行热力学第一定律的教学，具体来说△U=W+Q中各物理量的意义及正负号的确定对学生来讲是很困难的，在教学中我计划用收入、支出
和结存的观点去分析，以通俗易懂的语言来阐述；对于能量守恒定律的教学，我计划调动学生相互讨论自然界中的各种能量间的转化，分析得出能量守恒定律。 五、教学流程设计 1. 引入新课 我们在前面学习了改变内能的两种方法：做功和热传递，即通过对物体做功或者经过热传递的过程都能改变物体内能，即由做功和热传递均能改变物体的内能入手，提出“它们间有何数量关系”的设问来引入热力学第一定律。再以“以前学习过的电能、化学能等各种形式的能，它们在转化过程中遵守什么样的规律”来引入能量守恒定律。 2. 新课教学 （1）热力学第一定律 通过投影给出一些简单的问题： 1. 一个物体，如果它跟外界不发生热交换，那么外界对它做功与物体对外界做功，会引起物体内能怎样的变化 2. 一个物体，如果它跟外界之间没有做功，那么物体吸热与放热会引起物体内能怎样的变化 3. 如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程，△U、W、Q的正负号如何确
华中科技大学博士研究生入学考试《物理化学（二）》考试大纲 第一章热力学第一定律及其应用 1．1 热力学概论 1.2 热力学第一定律 1.3准静态过程与可逆过程 1.4 焓 1.5 热容 1.6 热力学第一定律对理想气体的应用 1.7 实际气体 1.8 热化学 1.9 赫斯定律 1.10 几种热效应 1.11 反应热与温度的关系 1.12 绝热反应——非等温反应 1.13 热力学第一定律的微观说明 第二章热力学第二定律 2.1 自发变化的共同特征一不可逆性性 2.2 热力学第二定律 2.3 卡诺定律 2.4 熵的概念．
2.5 克劳修斯不等式与熵增加原理 2.6熵的计算 2.7热力学第二定律的本质和熵的统计意义 2.8亥姆霍兹自由能和古布斯自由能 2.9变化的方向和平衡条件 2.10ΔG的计算示例 2.11几个热力学函数间的关系 2.12单组分体系的两相平衡 2.13多组分体系中物质的偏摩尔量和化学势 2.14不可逆过程热力学简介 第三章统计热力学基础 3.1 概论 3.2玻尔兹曼统计 3.3玻色—爱因期坦统计和费米—狄拉克统计 3.4配分函数 3.5各配分函数的求法及其对热力学因数的贡献3.6晶体的热容问题 3.7分子的全配分函数 第四章溶液——多组分体系热力学在溶液中的应用4.1 引言 4.2 溶液组成的表示法 4.3 稀溶液的两个经验定律
4.4混合气体中各组分的化学势 4.5理想溶液的定义、通性及各组分的化学势4.6稀溶液中各组份的化学势 4.7理想溶液和稀溶液的微观说明 4.8稀溶液的依数性 4.9吉朽斯—杜亥姆公式和杜亥姆—马居耳公式4.10非理想溶液 4.11分配定律――溶质在两互不相溶液中的分配第五章相平衡 5.1引言 5.2多相体系的一般平衡条件 5.3相律 5.4单组份体系的相图 5.5二组份体系的相图及应用 5.6三组份体系的相图和应用 5.7二级相变 第六章化学平衡 6.1化学反应的平衡条件和化学反应的亲和势6.2化学反应的平衡常数和等温方程式 6.3平衡常数的表示式 6.4复相化学平衡 6.5平衡常数的测定和平衡转化率的计算
第一章 热力学第一定律练习题 一、判断题（说法对否）： 1．道尔顿分压定律，对理想气体和实际混合气体来说关系式PB=Nb(RT/V)都成立。 2．在两个封闭的容器中，装有同一种理想气体，压力、体积相同，那么温度也相同。 3．物质的温度越高，则热量越多；天气预报：今天很热。其热的概念与热力学相同。 4．恒压过程也就是恒外压过程，恒外压过程也就是恒过程。 5．实际气体在恒温膨胀时所做的功等于所吸收的热。 6．凡是温度升高的过程体系一定吸热；而恒温过程体系不吸热也不放热。 7．当系统的状态一定时，所有的状态函数都有一定的数值。当系统的状态发生变化时， 所有的状态函数的数值也随之发生变化。 8．体积是广度性质的状态函数；在有过剩NaCl(s) 存在的饱和水溶液中，当温度、压力 一定时；系统的体积与系统中水和NaCl 的总量成正比。 9．在101.325kPa 、100℃下有lmol 的水和水蒸气共存的系统，该系统的状态完全确定。 10．一定量的理想气体，当热力学能与温度确定之后，则所有的状态函数也完全确定。 11．系统温度升高则一定从环境吸热，系统温度不变就不与环境换热。 12．从同一始态经不同的过程到达同一终态，则Q 和W 的值一般不同，Q + W 的值一般也 不相同。 13．因Q P = ΔH ，Q V = ΔU ，所以Q P 与Q V 都是状态函数。 14．封闭系统在压力恒定的过程中吸收的热等于该系统的焓。 15．对于一定量的理想气体，当温度一定时热力学能与焓的值一定，其差值也一定。 16．在101.325kPa 下，1mol l00℃的水恒温蒸发为100℃的水蒸气。若水蒸气可视为理想 气体，那么由于过程等温，所以该过程ΔU = 0。 17．1mol ，80.1℃、101.325kPa 的液态苯向真空蒸发为80.1℃、101.325kPa 的气态苯。已 知该过程的焓变为30.87kJ ，所以此过程的Q = 30.87kJ 。 18．1mol 水在l01.325kPa 下由25℃升温至120℃，其ΔH = ∑C P ,m d T 。 19．因焓是温度、压力的函数，即H = f (T ,p )，所以在恒温、恒压下发生相变时，由于 d T = 0，d p = 0，故可得ΔH = 0。 20．因Q p = ΔH ，Q V = ΔU ，所以Q p - Q V = ΔH - ΔU = Δ(p V) = -W 。 21．卡诺循环是可逆循环，当系统经一个卡诺循环后，不仅系统复原了，环境也会复原。 22．一个系统经历了一个无限小的过程，则此过程是可逆过程。 23．若一个过程中每一步都无限接近平衡态，则此过程一定是可逆过程。 24．若一个过程是可逆过程，则该过程中的每一步都是可逆的。 25．1mol 理想气体经绝热不可逆过程由p 1、V 1变到p 2、V 2， 则系统所做的功为 V p C C V p V p W =--=γγ，11122。 26．气体经绝热自由膨胀后，因Q = 0，W = 0，所以ΔU = 0，气体温度不变。 27．(?U /?V )T = 0 的气体一定是理想气体。 28．因理想气体的热力学能与体积压力无关，所以(?U /?p )V = 0，(?U /?V )p = 0。 29．若规定温度T 时，处于标准态的稳定态单质的标准摩尔生成焓为零，那么该温度下