專(zhuān)題復(fù)習(xí)內(nèi)能與熱機(jī)

專(zhuān)題復(fù)習(xí)內(nèi)能與熱機(jī)內(nèi)能基本概念與性質(zhì)熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第二定律與熵增原理熱機(jī)原理與效率內(nèi)能與熱機(jī)在日常生活中的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)探究：內(nèi)能與熱機(jī)相關(guān)實(shí)驗(yàn)contents目錄01內(nèi)能基本概念與性質(zhì)內(nèi)能是指物體內(nèi)部所有分子做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)所具有的動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和。內(nèi)能定義內(nèi)能是熱力學(xué)系統(tǒng)的一個(gè)物理屬性，反映了一個(gè)物體內(nèi)部微觀粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和相互作用情況。物理意義內(nèi)能定義及物理意義溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志物體溫度越高，分子平均動(dòng)能越大，內(nèi)能也越大。內(nèi)能與溫度關(guān)系在質(zhì)量、狀態(tài)和材料一定的情況下，物體的內(nèi)能隨溫度的升高而增加。內(nèi)能與溫度關(guān)系通過(guò)外界對(duì)物體做功或物體對(duì)外界做功，可以改變物體的內(nèi)能。在物體之間或物體內(nèi)部存在溫度差時(shí)，就會(huì)發(fā)生熱傳遞現(xiàn)象，從而改變物體的內(nèi)能。內(nèi)能變化途徑熱傳遞做功在一個(gè)孤立系統(tǒng)中，如果沒(méi)有熱量交換和做功，系統(tǒng)內(nèi)能的總量保持不變。定律內(nèi)容內(nèi)能守恒定律適用于任何封閉系統(tǒng)，無(wú)論系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生何種變化，只要沒(méi)有熱量交換和做功，系統(tǒng)內(nèi)能的總量就不會(huì)改變。應(yīng)用范圍內(nèi)能守恒定律02熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)熱力學(xué)系統(tǒng)能量的轉(zhuǎn)化和守恒。表述方式熱量可以從一個(gè)物體傳遞到另一個(gè)物體，也可以與機(jī)械能或其他能量互相轉(zhuǎn)換，但是在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，能量的總值保持不變。熱力學(xué)第一定律表述123熱量是物體內(nèi)能改變的一種量度，在熱傳遞過(guò)程中，物體吸收或放出熱量，內(nèi)能相應(yīng)增加或減少。熱量與內(nèi)能的關(guān)系對(duì)物體做功，物體內(nèi)能增加；物體對(duì)外做功，內(nèi)能減少。功與內(nèi)能的關(guān)系在一定條件下，熱量可以轉(zhuǎn)化為功，功也可以轉(zhuǎn)化為熱量，三者之間可以相互轉(zhuǎn)化。熱量、功和內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)化熱量、功和內(nèi)能關(guān)系典型過(guò)程分析系統(tǒng)溫度不變，內(nèi)能不變，吸收的熱量全部用來(lái)對(duì)外做功。系統(tǒng)體積不變，不做功，吸收的熱量全部用來(lái)增加內(nèi)能。系統(tǒng)壓強(qiáng)不變，吸收的熱量部分用來(lái)增加內(nèi)能，部分用來(lái)對(duì)外做功。系統(tǒng)與外界無(wú)熱量交換，內(nèi)能的改變只能通過(guò)做功實(shí)現(xiàn)。等溫過(guò)程等容過(guò)程等壓過(guò)程絕熱過(guò)程汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)空調(diào)制冷熱力發(fā)電火箭發(fā)射應(yīng)用實(shí)例01020304汽油燃燒釋放的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能通過(guò)熱機(jī)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)汽車(chē)行駛?？照{(diào)通過(guò)制冷劑循環(huán)，將室內(nèi)的熱量傳遞到室外，達(dá)到降溫的目的。燃料在鍋爐中燃燒釋放熱能，加熱工質(zhì)產(chǎn)生高溫高壓蒸汽，蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電?；鸺剂先紵a(chǎn)生大量熱能，熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能推動(dòng)火箭升空。03熱力學(xué)第二定律與熵增原理

熱力學(xué)第二定律表述克勞修斯表述熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。開(kāi)爾文-普朗克表述不可能從單一熱源吸取熱量，使之完全變?yōu)橛杏霉Χ划a(chǎn)生其他影響。微觀解釋一切自然過(guò)程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無(wú)序性增大的方向進(jìn)行。在一個(gè)孤立系統(tǒng)中，系統(tǒng)的熵總是不會(huì)減少的，或者說(shuō)系統(tǒng)的熵總是增加的。熵增原理熵的意義熵增與自發(fā)過(guò)程熵是熱力學(xué)系統(tǒng)的一個(gè)物理屬性，它表示系統(tǒng)的無(wú)序程度。熵越大，系統(tǒng)的無(wú)序程度越高。自然界中發(fā)生的自發(fā)過(guò)程都是朝著熵增加的方向進(jìn)行的。030201熵增原理及意義在不引起其他變化的條件下，不可能使逆過(guò)程重復(fù)正過(guò)程的每一個(gè)狀態(tài)的熱力學(xué)過(guò)程。不可逆過(guò)程的定義熱傳導(dǎo)、氣體的自由膨脹、擴(kuò)散等。常見(jiàn)的不可逆過(guò)程由于系統(tǒng)內(nèi)部存在摩擦、粘滯等不可逆因素，使得系統(tǒng)的部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，導(dǎo)致熵增加。不可逆過(guò)程的原因不可逆過(guò)程分析熱機(jī)效率01根據(jù)熱力學(xué)第二定律，熱機(jī)的效率不可能達(dá)到100%。熱機(jī)在工作過(guò)程中，不可避免地會(huì)有部分熱量損失，導(dǎo)致熵增加。制冷機(jī)與熱泵02制冷機(jī)和熱泵的工作原理也是基于熱力學(xué)第二定律。它們通過(guò)消耗一定的功，將熱量從低溫物體傳到高溫物體，但同樣受到熵增原理的限制。自然界中的自發(fā)過(guò)程03自然界中發(fā)生的許多自發(fā)過(guò)程，如水的自發(fā)結(jié)冰、鹽的自發(fā)溶解等，都是朝著熵增加的方向進(jìn)行的。這些過(guò)程的發(fā)生不需要外界做功，但會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部的熵增加。應(yīng)用實(shí)例04熱機(jī)原理與效率熱機(jī)是將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的機(jī)器，它利用工作物質(zhì)（如燃?xì)?、蒸汽等）的循環(huán)流動(dòng)來(lái)傳遞能量和做功。熱機(jī)定義熱機(jī)通過(guò)燃燒燃料產(chǎn)生高溫高壓氣體，推動(dòng)活塞或轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)，從而輸出機(jī)械功。這一過(guò)程遵循能量守恒定律和熱力學(xué)定律。工作原理根據(jù)工作物質(zhì)和循環(huán)方式的不同，熱機(jī)可分為蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等。熱機(jī)類(lèi)型熱機(jī)工作原理簡(jiǎn)介熱機(jī)效率定義熱機(jī)效率是指熱機(jī)輸出的有用功與輸入的熱能之比，用η表示。它是衡量熱機(jī)性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)。計(jì)算方法熱機(jī)效率可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定或理論計(jì)算得到。實(shí)驗(yàn)測(cè)定通常是通過(guò)測(cè)量熱機(jī)輸入的熱能和輸出的機(jī)械功來(lái)計(jì)算效率；理論計(jì)算則是基于熱力學(xué)定律和工作物質(zhì)的性質(zhì)來(lái)推導(dǎo)效率公式。熱機(jī)效率定義及計(jì)算方法改進(jìn)燃燒過(guò)程優(yōu)化熱機(jī)結(jié)構(gòu)采用高效工作物質(zhì)回收廢氣余熱提高熱機(jī)效率途徑提高燃料的燃燒效率，減少燃燒損失，可降低熱機(jī)的熱耗率，從而提高熱機(jī)效率。選擇高效的工作物質(zhì)，如高溫高壓蒸汽、高壓縮比燃?xì)獾?，可提高熱機(jī)的熱效率。改進(jìn)熱機(jī)的設(shè)計(jì)，減少摩擦、泄漏等損失，可提高熱機(jī)的機(jī)械效率。利用熱機(jī)廢氣中的余熱進(jìn)行再利用，如余熱發(fā)電、余熱供暖等，可提高熱機(jī)的總能效率。蒸汽機(jī)的效率較低，一般在5%~10%左右，因?yàn)槠涔ぷ鬟^(guò)程中存在大量的熱能損失。蒸汽機(jī)效率內(nèi)燃機(jī)的效率相對(duì)較高，汽油機(jī)效率約為20%~30%，柴油機(jī)效率可達(dá)30%~40%。內(nèi)燃機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、功率大等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、飛機(jī)等交通工具中。內(nèi)燃機(jī)效率燃?xì)廨啓C(jī)的效率也較高，單機(jī)功率大，可達(dá)數(shù)百萬(wàn)千瓦。其工作過(guò)程中熱能損失較少，因此效率較高。燃?xì)廨啓C(jī)廣泛應(yīng)用于發(fā)電、航空等領(lǐng)域。燃?xì)廨啓C(jī)效率典型熱機(jī)效率比較05內(nèi)能與熱機(jī)在日常生活中的應(yīng)用熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能發(fā)動(dòng)機(jī)將燃料燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)汽車(chē)前進(jìn)。燃料燃燒產(chǎn)生熱能汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)燃燒汽油或柴油等燃料，產(chǎn)生大量的熱能。冷卻系統(tǒng)控制溫度為了防止發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱，汽車(chē)還配備了冷卻系統(tǒng)，通過(guò)循環(huán)冷卻液來(lái)吸收和散發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱量。汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)中內(nèi)能與熱機(jī)作用03節(jié)能技術(shù)現(xiàn)代空調(diào)還采用了各種節(jié)能技術(shù)，如變頻技術(shù)、智能控制等，以降低能耗和提高舒適性。01制冷劑循環(huán)空調(diào)通過(guò)制冷劑循環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)制冷效果，制冷劑在蒸發(fā)器中吸收室內(nèi)熱量，然后在冷凝器中釋放熱量到室外。02壓縮機(jī)作用空調(diào)的壓縮機(jī)起到關(guān)鍵作用，它將低溫低壓的制冷劑壓縮成高溫高壓的氣體，從而提高其制冷效率。空調(diào)制冷原理中內(nèi)能與熱機(jī)應(yīng)用火箭發(fā)射時(shí)，燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)中燃燒產(chǎn)生大量的熱能和氣體，這些氣體以高速?gòu)幕鸺膊繃姵?，產(chǎn)生反作用力推動(dòng)火箭升空。燃料燃燒產(chǎn)生推力火箭的控制系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)不同發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)，來(lái)控制火箭的姿態(tài)和飛行軌跡?？刂葡到y(tǒng)調(diào)節(jié)姿態(tài)火箭技術(shù)廣泛應(yīng)用于載人航天和深空探測(cè)領(lǐng)域，為人類(lèi)探索太空提供了重要手段。載人航天與深空探測(cè)火箭發(fā)射過(guò)程中內(nèi)能與熱機(jī)作用在工業(yè)領(lǐng)域，內(nèi)能與熱機(jī)的應(yīng)用包括熱力發(fā)電、冶煉金屬、制造化學(xué)品等。工業(yè)領(lǐng)域農(nóng)業(yè)領(lǐng)域交通運(yùn)輸領(lǐng)域軍事領(lǐng)域在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，內(nèi)能與熱機(jī)被用于農(nóng)業(yè)機(jī)械的動(dòng)力來(lái)源，如拖拉機(jī)、收割機(jī)等。除了汽車(chē)和火箭，內(nèi)能與熱機(jī)還被廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、輪船、摩托車(chē)等交通工具中。在軍事領(lǐng)域，內(nèi)能與熱機(jī)被用于各種武器裝備的動(dòng)力系統(tǒng)，如坦克、軍艦等。其他領(lǐng)域應(yīng)用06實(shí)驗(yàn)探究：內(nèi)能與熱機(jī)相關(guān)實(shí)驗(yàn)利用熱量公式Q=cmΔt，通過(guò)測(cè)量質(zhì)量和溫度的變化來(lái)計(jì)算比熱容。實(shí)驗(yàn)原理量熱器、溫度計(jì)、天平、攪拌器、待測(cè)物質(zhì)等。實(shí)驗(yàn)器材稱(chēng)量待測(cè)物質(zhì)的質(zhì)量，測(cè)量初始溫度，加熱并測(cè)量最終溫度，計(jì)算比熱容。實(shí)驗(yàn)步驟確保量熱器密封良好，減少熱量損失；攪拌要充分，使物質(zhì)受熱均勻。注意事項(xiàng)測(cè)定物質(zhì)比熱容實(shí)驗(yàn)比較不同物質(zhì)的吸放熱能力，理解比熱容的概念。實(shí)驗(yàn)?zāi)康臒嵩?、溫度?jì)、天平、不同種類(lèi)的物質(zhì)等。實(shí)驗(yàn)器材分別對(duì)不同物質(zhì)進(jìn)行加熱，記錄溫度和時(shí)間的變化，比較吸放熱能力。實(shí)驗(yàn)步驟不同物質(zhì)的吸放熱能力不同，比熱容是反映物質(zhì)吸放熱能力的重要物理量。實(shí)驗(yàn)結(jié)論探究不同物質(zhì)吸放熱能力實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的現(xiàn)象，如尾氣排放、發(fā)動(dòng)機(jī)溫度等。實(shí)驗(yàn)解釋汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，燃料燃燒釋放內(nèi)能，推動(dòng)活塞做功，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。尾氣排放和發(fā)動(dòng)機(jī)溫度等現(xiàn)象都與內(nèi)能和熱機(jī)原理有關(guān)。實(shí)驗(yàn)應(yīng)用了解汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理和效率，探討提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率的方法。觀察和解釋生活中有關(guān)內(nèi)能和熱機(jī)現(xiàn)