高中物理 第十章 熱力學(xué)定律 專題10.4 熱力學(xué)第二定律課件 新人教版選修33.ppt

復(fù)習(xí)1 熱力學(xué)第一定律2 能量守恒定律 思考 根據(jù)能量守恒定律 在自然界發(fā)生的一切過程中能量都是守恒的 那么符合能量守恒的宏觀過程是否都能發(fā)生呢 熱力學(xué)第二定律 將一塊燒紅的鐵塊投入冷水中 會發(fā)生什么現(xiàn)象 鐵塊的溫度降低 水的溫度升高 最終兩者溫度相同 將燒紅的鐵塊投入水中 結(jié)果會不會鐵塊溫度更高 水的溫度更低 熱傳導(dǎo)的過程是有方向性的 這個過程可以向一個方向自發(fā)地進(jìn)行 但是向相反的方向卻不能自發(fā)地進(jìn)行 熱傳導(dǎo)的方向性 一個在水平地面上運動的物體 由于克服摩擦力做功 最后要停下來 在這個過程中 物體的動能轉(zhuǎn)化成為內(nèi)能 使物體和地面的溫度升高 我們能不能看到這樣的現(xiàn)象 一個放在水平地面上的物體 靠降低溫度 可以把內(nèi)能自發(fā)地轉(zhuǎn)化為動能 使這個物體運動起來 機械能和內(nèi)能轉(zhuǎn)化具有方向性 一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是不可逆的 在物理學(xué)中 反映宏觀自然過程的方向性的定律就是熱力學(xué)第二定律 secondlawofthermodynamics 共同特征 熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體 克勞修斯表述 熱力學(xué)第二定律 說明 1 克勞修斯表述中強調(diào)了 在不引起其它的變化的條件下 熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體 2 如果允許 其它變化 例如利用致冷機做功 熱量可以從低溫物體傳到高溫物體上 而致冷機做功就屬于 其它變化 3 如果設(shè)想克勞修斯表述不成立 即在無任何外界做功的情況下 熱量就能從低溫?zé)嵩磦飨蚋邷責(zé)嵩?按此設(shè)想就可制成一種無功致冷機 如圖所示 它無需消耗功就能致冷 克勞修斯表述否定了這種可能性 電冰箱的內(nèi)部溫度比外部溫度低 為什么致冷系統(tǒng)還能不斷地把箱內(nèi)熱量傳給外界的空氣 因為電冰箱消耗了電能 對制冷系統(tǒng)做了功 一旦切斷電源 電冰箱就不能把其內(nèi)部的熱量傳給外界的空氣了 相反 外界的熱量會自發(fā)地傳給電冰箱 使其溫度逐漸升高 貯藏的食品 大氣 電冰箱制冷系統(tǒng) 做功 有人提出這樣一種設(shè)想 發(fā)明一種熱機 用它把物體與地面摩擦所生的熱量都吸收過來并對物體做功 將內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為動能 使因摩擦停止運動的物體在地面上重新運動起來 而不引起其它變化 熱機是一種把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能的裝置 氣缸中的氣體得到燃料燃燒時產(chǎn)生的熱量q1推動活塞做功w排出廢氣 同時把熱量q2散發(fā)到大氣中 q1 w q2熱機效率 w q1 不可能從單一熱庫吸收熱量 使之完全變成功 而不產(chǎn)生其他影響 開爾文表述 熱源 冷凝器 熱機 做功 1 按熱傳遞的方向性來表述 2 是按機械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程的方向來表述 兩種表述的實質(zhì) 開爾文表述實質(zhì)說明功變熱過程的不可逆性 克勞修斯表述則說明熱傳導(dǎo)過程的不可逆性 兩種表述是等價的 可用反證法證明 違背開爾文表述一定違背克勞修斯表述 q1 熱機從t1吸熱a 熱機輸出功q2 熱機從t2吸熱q1 q2 致冷機向t1放熱 如果開爾文表述不成立 可制成一個單熱源熱機 將它同另一個制冷機組成復(fù)合機 如圖所示 其總效果相當(dāng)于一個無功致冷機 于是克勞修斯表述也就不成立 違背克勞修斯表述一定違背開爾文表述 開爾文表述實質(zhì)說明功變熱過程的不可逆性 克勞修斯表述則說明熱傳導(dǎo)過程的不可逆性 兩種表述是等價的 可用反證法證明 如果克勞修斯表述不成立 則可制成一個無功致冷機 將它同另一個熱機組成復(fù)合機 如圖所示 就可使復(fù)合機成為一單熱源熱機 即開爾文表述也不成立 任何一類宏觀自然過程進(jìn)行方向的說明都可以作為熱力學(xué)第二定律的表述 第二類永動機 冷凝器 說明 1 開爾文表述否定了第二類永動機的可能性 歷史上曾有人企圖制造 一種循環(huán)動作的熱機 只從單一熱源吸收熱量 使之全部變?yōu)楣?而不向低溫?zé)嵩捶懦鰺崃?或者說不引起其它變化 這種熱機稱為第二類永動機或單熱源熱機 其效率 100 雖然它不違背熱力學(xué)第一定律 但它違背了熱力學(xué)第二定律的開爾文表述 2 開爾文表述中強調(diào)了 在不產(chǎn)生其他影響的條件下 熱 不能全部變?yōu)?功 如果允許 其他影響 發(fā)生 熱可以全部變?yōu)楣?例如氣缸中理想氣體作等溫膨脹時 氣體從恒溫?zé)嵩次盏臒崃烤涂梢匀坑脕韺ν庾龉?但氣體 體積和壓強 發(fā)生了變化 它不能循環(huán)動作返回原狀態(tài) 課堂要點小結(jié) 答案 自測教材p61第2題改編 多選 下列現(xiàn)象中能夠發(fā)生的是a 一杯熱茶在打開杯蓋后 茶會自動變得更熱b 蒸汽機把蒸汽的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化成機械能c 桶中混濁的泥水在靜置一段時間后 泥沙下沉 上面的水變清 泥 水自動分離d 電冰箱通電后把箱內(nèi)低溫物體的熱量傳到箱外高溫物體 多選 2016 全國卷 33 1 關(guān)于熱力學(xué)定律 下列說法正確的是a 氣體吸熱后溫度一定升高b 對氣體做功可以改變其內(nèi)能c 理想氣體等壓膨脹過程一定放熱d 熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體e 如果兩個系統(tǒng)分別與狀態(tài)確定的第三個系統(tǒng)達(dá)到熱平衡 那么這兩個系統(tǒng)彼此之間也必定達(dá)到熱平衡 答案 解析 解析氣體內(nèi)能的改變 u q w 故對氣體做功可改變氣體的內(nèi)能 b選項正確 氣體吸熱為q 但不確定外界做功w的情況 故不能確定氣體溫度的變化 a選項錯誤 由熱力學(xué)第二定律 d選項正確 根據(jù)熱平衡性質(zhì) e選項正確 2018 青海格爾木調(diào)研 根據(jù)你學(xué)過的熱學(xué)中的有關(guān)知識 判斷下列說法中正確的是a 機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 內(nèi)能也可以全部用來做功轉(zhuǎn)化成機械能b 凡與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性 在熱傳遞中 熱量只能從高溫物體傳遞給低溫物體 而不能從低溫物體傳遞給高溫物體c 盡管科技不斷進(jìn)步 熱機的效率仍不能達(dá)到100 制冷機卻可以使溫度降到 293 d 第一類永動機違背能量守恒定律 第二類永動機不違背能量守恒定律 隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展 第二類永動機可以制造出來 答案 解析 解析機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 而內(nèi)能在引起其他變化時也可以全部轉(zhuǎn)化為機械能 a正確 凡與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性 在熱傳遞中 熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳遞給低溫物體 也能從低溫物體傳遞給高溫物體 但必須借助外界的幫助