魯科版選修33 第5章 第3節(jié)熱力學(xué)第二定律第4節(jié)熵?zé)o序程度的量度 課件（25張）.ppt

高中物理 選修3 3 魯科版 第3節(jié)熱力學(xué)第二定律第4節(jié)熵 無序程度的量度 目標(biāo)定位 1 了解自然過程的方向性 2 知道熱力學(xué)第二定律的表述并能用于解釋第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成的原因 3 了解熵的概念及熵加原理 并能解釋生活中的有關(guān)現(xiàn)象 一 自然過程的方向性1 可逆過程和不可逆過程 1 可逆過程 系統(tǒng)回到原來的狀態(tài) 同時(shí)消除原來過程對(duì)外界的 則稱為可逆過程 2 不可逆過程 如果用任何方法都不能使和完全復(fù)原 則原來過程稱為 一切影響 原來的過程 系統(tǒng) 外界 不可逆過程 2 熱傳導(dǎo)的方向性 1 熱量可以自發(fā)地由物體傳給物體 2 熱量不能自發(fā)地由物體傳給物體 而不引起其他變化 3 熱傳遞是過程 具有 3 功和熱相互轉(zhuǎn)變的方向性 1 功轉(zhuǎn)變?yōu)闊徇@一熱現(xiàn)象是不可逆的 具有 2 熱轉(zhuǎn)變?yōu)楣@一熱現(xiàn)象也是不可逆的 具有 4 結(jié)論 凡是與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有 高溫 低溫 低溫 高溫 不可逆 方向性 方向性 方向性 方向性 二 熱力學(xué)第二定律的表述1 第一種表述 克勞修斯表述 不可能使熱量從低溫物體傳向高溫物體而其他變化 說明熱傳導(dǎo)的方向性 2 第二種表述 開爾文表述 不可能從單一熱源吸收熱量 使之完全變?yōu)橛杏霉Χ兓?說明機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性 不引起 不引起其他 3 第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成 1 第二類永動(dòng)機(jī)是指人們?cè)O(shè)想的從單一熱源吸取熱量并使之而不產(chǎn)生其他影響的機(jī)器 2 熱力學(xué)第二定律也可以表述為 永動(dòng)機(jī)是不可能制成的 完全轉(zhuǎn)化為功 第二類 三 熵和熵增加原理1 定義 用來量度系統(tǒng)的物理量叫做熵 2 熵增加原理 在孤立系統(tǒng)中 一切不可逆過程必然朝著的方向進(jìn)行 孤立系統(tǒng)是指與外界既沒有物質(zhì)交換也沒有交換的系統(tǒng) 無序程度 熵增加 能量 一 對(duì)熱力學(xué)第二定律的理解1 兩種表述的實(shí)質(zhì) 1 克勞修斯表述指明熱傳遞等熱學(xué)宏觀現(xiàn)象的方向性 不需要借助外界提供能量的幫助 其物理實(shí)質(zhì)是揭示了熱傳遞過程是不可逆的 2 開爾文表述中的 單一熱源 指溫度恒定且均勻的熱源 不引起其他變化 是指唯一效果是熱量全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣Χ饨缂跋到y(tǒng)都不發(fā)生任何變化 其物理實(shí)質(zhì)揭示了熱變功過程是不可逆的 2 熱力學(xué)第二定律的普遍性 熱力學(xué)第二定律的每一種表述都揭示了大量分子參與的宏觀過程的方向性 進(jìn)而使人們認(rèn)識(shí)到自然界中一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性 都是不可逆的 例1 根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知 下列說法中正確的是 a 不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功 而不引起其他變化b 沒有冷凝器 只有單一的熱源 能將從單一熱源吸收的熱量全部用來做功 而不引起其他變化的熱機(jī)是可以實(shí)現(xiàn)的c 制冷系統(tǒng)將冰箱里的熱量傳給外界較高溫度的空氣中 而不引起其他變化d 不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體 而不引起其他變化答案ad 解析熱力學(xué)第二定律揭示了與熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過程的方向性 機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性 機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 而內(nèi)能要轉(zhuǎn)化為機(jī)械能必須借助外部的幫助 即會(huì)引起其他變化 a選項(xiàng)正確 b選項(xiàng)錯(cuò)誤 熱傳遞過程也具有方向性 熱量能自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體 但是熱量要從低溫物體傳到高溫物體 必然要引起其他變化 外界對(duì)系統(tǒng)做功 故c選項(xiàng)錯(cuò)誤 d選項(xiàng)正確 借題發(fā)揮 1 一切物理過程均遵守能量轉(zhuǎn)化與守恒定律 但遵守能量守恒的物理過程不一定均能實(shí)現(xiàn) 2 熱力學(xué)第二定律的關(guān)鍵在于 自發(fā)性 和 方向性 針對(duì)訓(xùn)練關(guān)于空調(diào)機(jī) 下列說法正確的是 a 制冷空調(diào)機(jī)工作時(shí) 熱量從低溫物體傳到高溫物體b 制暖空調(diào)機(jī)工作時(shí) 熱量從高溫物體傳到低溫物體c 冷暖空調(diào)機(jī)工作時(shí) 熱量既可以從低溫物體傳到高溫物體 也可以從高溫物體傳到低溫物體d 冷暖空調(diào)機(jī)工作時(shí) 熱量只能從低溫物體傳到高溫物體答案abc解析空調(diào)機(jī)工作時(shí) 熱量可以從低溫物體傳到高溫物體 因?yàn)檫@里有外界做功 二 兩個(gè)熱力學(xué)定律及兩類永動(dòng)機(jī)的比較1 兩個(gè)定律比較 熱力學(xué)第一定律是能量守恒定律在熱力學(xué)中的具體表現(xiàn)形式 在轉(zhuǎn)化的過程中 總的能量不變 熱力學(xué)第二定律是指在有限的時(shí)間和空間內(nèi) 一切和熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過程 化學(xué)過程具有不可逆性 2 兩類永動(dòng)機(jī)的比較 第一類永動(dòng)機(jī) 不消耗任何能量 可以不斷做功 或只給予很小的能量啟動(dòng)后 可以永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去 它違背了能量守恒定律 第二類永動(dòng)機(jī) 將內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 而不引起其他變化 或只有一個(gè)熱源 實(shí)現(xiàn)內(nèi)能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)化 它違背了熱力學(xué)第二定律 例2 下列說法正確的是 a 物體吸收熱量 其溫度一定升高b 熱量只能從高溫物體向低溫物體傳遞c 遵守?zé)崃W(xué)第一定律的過程一定能實(shí)現(xiàn)d 做功和熱傳遞是改變物體內(nèi)能的兩種方式答案d解析物體吸熱 溫度不一定升高 a錯(cuò) 熱量只能自發(fā)地從高溫物體向低溫物體傳遞 b錯(cuò) 遵守?zé)崃W(xué)第一定律的過程不一定能實(shí)現(xiàn) c錯(cuò) 應(yīng)選d 借題發(fā)揮熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律的應(yīng)用技巧 1 應(yīng)用熱力學(xué)第一定律 一定要考慮改變物體內(nèi)能的兩種方式 只有做功和熱傳遞兩方面都確定 才能確定物體內(nèi)能的變化 2 熱力學(xué)第二定律的理解 關(guān)鍵是對(duì)熱現(xiàn)象宏觀過程的方向性的理解 要抓住 自發(fā) 和 不引起其他變化 等所表述的物理意義 例3 第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成的原因是 a 違背了能量守恒定律b 熱量總是從高溫物體傳遞到低溫物體c 機(jī)械能不能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能d 內(nèi)能不能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能而不引起其他變化答案d解析第二類永動(dòng)機(jī)的設(shè)想并不違背能量守恒定律 但是違背了熱力學(xué)第二定律 所以不可能制成 借題發(fā)揮凡是與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性 機(jī)械能可全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能 而內(nèi)能不能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能 而不引起其他變化 三 對(duì)熵和熵增加原理的理解1 對(duì)熵的理解 1 熵是反映系統(tǒng)無序程度的物理量 系統(tǒng)越混亂 無序程度越大 這個(gè)系統(tǒng)的熵就越大 2 在任何自然過程中 一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵不會(huì)減小 如果過程可逆 則熵不變 如果過程不可逆 則熵增加 2 對(duì)熵增加原理的理解 1 對(duì)于孤立的熱力學(xué)系統(tǒng)而言 所發(fā)生的是由非平衡態(tài)向著平衡態(tài)的變化過程 因此 總是朝著熵增加的方向進(jìn)行 或者說 一個(gè)孤立系統(tǒng)的熵永遠(yuǎn)不會(huì)減小 這就是熵增加原理 2 從微觀的角度看 熱力學(xué)第二定律是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律 一個(gè)孤立系統(tǒng)總是從熵小的狀態(tài)向熵大的狀態(tài)發(fā)展 熵值越大代表著越無序 所以自發(fā)的宏觀過程總是向無序程度更大的方向發(fā)展 例4 下列關(guān)于熵的觀點(diǎn)中正確的是 a 熵越大 系統(tǒng)的無序度越大b 對(duì)于一個(gè)不可逆絕熱過程 其熵總不會(huì)減小c 氣體向真空擴(kuò)散時(shí) 熵值減小d 自然過程中熵總是增加的 是因?yàn)橥ㄏ驘o序的渠道要比通向有序的渠道多得多答案abd 解析熵是系統(tǒng)內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)無序性的量度 熵越大 其無序度越大 選項(xiàng)a正確 一個(gè)不可逆絕熱過程 其宏觀狀態(tài)對(duì)應(yīng)微觀態(tài)數(shù)目增大 其熵會(huì)增加 不會(huì)減小 選項(xiàng)b正確 氣體向真空中擴(kuò)散 無序度增大 熵值增大 選項(xiàng)c錯(cuò)誤 自然過程中 無序程度較大的宏觀態(tài)