第四部分熱力學第二定律教學課件

1、第四節(jié)第四節(jié) 熱力學第二定律熱力學第二定律一一. 思考思考 v在地球上海水貯存量十分豐富在地球上海水貯存量十分豐富,若已知海水總質量約達若已知海水總質量約達1.41018噸，當它的溫度降低噸，當它的溫度降低0.1 時時 ，放出多少熱量，放出多少熱量？v又假設某個核電站為又假設某個核電站為100萬萬kw，則這些熱量相當于多少個這，則這些熱量相當于多少個這樣的電站一年的發(fā)電量樣的電站一年的發(fā)電量q=cm t= 4.2 103 1.41018 0.1 =5.8 1023j 核電站一年的發(fā)電量核電站一年的發(fā)電量分析：海水釋放的熱量分析：海水釋放的熱量q=pt= 106 103365 24 3600=

2、3.15 1016j等量的核電站個數(shù)等量的核電站個數(shù)n=q/q=( 5.81023j) / (3.15 1016j)=1.8 107=1800萬萬二.導入既然海水能釋放出這么多的能量，為什么人既然海水能釋放出這么多的能量，為什么人們現(xiàn)在不去研究利用呢？是技術的因素還是們現(xiàn)在不去研究利用呢？是技術的因素還是其他？這節(jié)課我們來回答這個問題。因為涉其他？這節(jié)課我們來回答這個問題。因為涉及了物理學的一個基本定律及了物理學的一個基本定律熱力學第二定律熱力學第二定律v1實例實例-熱傳導熱傳導：熱量會自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體，：熱量會自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體，從而使低溫物體升溫，高溫物體溫度降低從而

3、使低溫物體升溫，高溫物體溫度降低。問題問題：電冰箱工作時為什么能將冰箱內：電冰箱工作時為什么能將冰箱內(溫度較低溫度較低)的熱量，傳給的熱量，傳給外界空氣外界空氣(溫度較高溫度較高)？沒有任何外界的沒有任何外界的影響或幫助影響或幫助第一種表述第一種表述：不可能使熱量從低溫物體傳到高溫物體，而不：不可能使熱量從低溫物體傳到高溫物體，而不引起其他變化引起其他變化 是因為電冰箱消耗了電能，是因為電冰箱消耗了電能，對制冷系統(tǒng)做了功對制冷系統(tǒng)做了功熱傳導具有方向性熱傳導具有方向性2. 實例實例2-機械能與內能的轉化機械能與內能的轉化背景問題背景問題：一物體以一定的速度在粗糙的水平面上行駛，：一物體以一定

4、的速度在粗糙的水平面上行駛，最終停下來，則在此過程中：最終停下來，則在此過程中：a.能量是否守恒？能量是否守恒？b. 減少的減少的機械能轉化為什么能？機械能轉化為什么能？c. 轉化過程是全部轉化嗎？轉化過程是全部轉化嗎？機械能全部轉化為內能，機械能全部轉化為內能，使物體和地面溫度升高，使物體和地面溫度升高，能量守恒能量守恒 新的設想新的設想：發(fā)明一種熱機，用他把物體與地面摩擦產生的熱量：發(fā)明一種熱機，用他把物體與地面摩擦產生的熱量都吸收過來。并對物體做功，將內能全部轉化為動能。使因摩都吸收過來。并對物體做功，將內能全部轉化為動能。使因摩擦而停止的物體在地面上重新動起來，而不引起其他變化擦而停止

5、的物體在地面上重新動起來，而不引起其他變化 一種把內能轉化為機械能一種把內能轉化為機械能的裝置，如內燃機、汽油的裝置，如內燃機、汽油機等機等內燃機原理內燃機原理：假設氣缸中的氣體得到燃料燃燒時產生的熱：假設氣缸中的氣體得到燃料燃燒時產生的熱量量q1，推動活塞做功，推動活塞做功w，然后排出廢氣，同時把熱量，然后排出廢氣，同時把熱量q2散散發(fā)到大氣中，有能量守恒有發(fā)到大氣中，有能量守恒有q1=w+ q2。效率：效率：=w/ q11第二種表述第二種表述：不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做：不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化功，而不引起其他變化 意義意義：表示機械能和內

6、能的轉化過程具有：表示機械能和內能的轉化過程具有方向性方向性盡管機盡管機械能可以全部轉化為內能，內能卻不能全部轉化成機械能，械能可以全部轉化為內能，內能卻不能全部轉化成機械能，同時不引起其他變化同時不引起其他變化 3.第二類永動機第二類永動機概念概念：人們把想象中能夠從單一熱源吸收熱量，全部用來做功而不引起其他變化的熱機=100%結論結論：第二類永動機不可能制成 v4.對熱力學第二定律的自我理解：所有的熱運動都對熱力學第二定律的自我理解：所有的熱運動都具有具有方向性方向性，只能只能自發(fā)自發(fā)的從某一狀態(tài)變成另一狀的從某一狀態(tài)變成另一狀態(tài)，而不能逆向而行態(tài)，而不能逆向而行方向性方向性自發(fā)自發(fā)例例.

7、氣體的擴散現(xiàn)象氣體的擴散現(xiàn)象例例.能量耗散：無法把流散的內能重新收集起來加以利用的現(xiàn)象能量耗散：無法把流散的內能重新收集起來加以利用的現(xiàn)象5、例題分析：、例題分析：例例1根據(jù)熱力學第二定律，下列判斷正確的是根據(jù)熱力學第二定律，下列判斷正確的是a. 電流的能不可能全部變?yōu)閮饶茈娏鞯哪懿豢赡苋孔優(yōu)閮饶躡在火力發(fā)電機中，燃氣的內能不可能全部變?yōu)殡娔茉诨鹆Πl(fā)電機中，燃氣的內能不可能全部變?yōu)殡娔躢熱機中，燃氣內能不可能全部變?yōu)闄C械能熱機中，燃氣內能不可能全部變?yōu)闄C械能d在熱傳導中，熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫度在熱傳導中，熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫度物體物體 例例2第二類永動機不可以

8、制成，是因為第二類永動機不可以制成，是因為 a. 違背了能量的守恒定律違背了能量的守恒定律 b熱量總是從高溫物體傳遞到低溫物體熱量總是從高溫物體傳遞到低溫物體 c機械能不能全部轉變?yōu)閮饶軝C械能不能全部轉變?yōu)閮饶?d內能不能全部轉化為機械能，同時不引起其他內能不能全部轉化為機械能，同時不引起其他變化變化例例3試對熱力學第一定律和熱力學第二定律做一試對熱力學第一定律和熱力學第二定律做一簡單的評析簡單的評析解析解析熱力學第一定律和熱力學第二定律是構成熱力熱力學第一定律和熱力學第二定律是構成熱力學知識的理論基礎學知識的理論基礎:前者對自然過程沒有任何限制，只指出在任何熱前者對自然過程沒有任何限制，只指

9、出在任何熱力學過程中能量不會有任何增加或損失，反映的力學過程中能量不會有任何增加或損失，反映的是物體內能的變化與熱量、做功的定量關系；是物體內能的變化與熱量、做功的定量關系；后者則是解決哪些過程可以自發(fā)地發(fā)生，哪些過后者則是解決哪些過程可以自發(fā)地發(fā)生，哪些過程必須借助于外界條件才能進行。程必須借助于外界條件才能進行。6.熱力學第三定律熱力學第三定律 ：v熱力學溫度：單位熱力學溫度：單位-開爾文（開爾文（k）溫標換算：溫標換算：1 =（1+1+273273）k k特點特點1. t= t特點特點2. 絕對零度達不到絕對零度達不到7、 鞏固練習鞏固練習v1.下列哪些物理過程具有方向性a. 熱傳導過程

10、b機械能和內能的轉化過程c氣體的擴散過程d氣體向真空中膨脹的過程。 3.能量耗散是從能量耗散是從_角度反映出自然界角度反映出自然界中的宏觀過程具有方向性中的宏觀過程具有方向性2.熱機是一種熱機是一種_的裝的裝置，熱機做的功和它從熱源吸收熱量的比值叫置，熱機做的功和它從熱源吸收熱量的比值叫做熱機的做熱機的_把內能轉化為機械能把內能轉化為機械能效率效率熱現(xiàn)象熱現(xiàn)象4.熱力學第二定律使人們認識到，自然界中進熱力學第二定律使人們認識到，自然界中進行的涉及行的涉及_現(xiàn)象的宏觀過程都具有現(xiàn)象的宏觀過程都具有_性，例如機械能可以性，例如機械能可以_轉轉化為內能，但內能化為內能，但內能_全部轉化為機械全部轉化

11、為機械能，而不引起其他變化能，而不引起其他變化熱熱方向方向全部全部不能不能 第二類永動機不可能制成的原因是因為機械能和內第二類永動機不可能制成的原因是因為機械能和內 能轉化過程具有方向性，盡管機械能可以全部轉化能轉化過程具有方向性，盡管機械能可以全部轉化 為內能，但內能卻不能全部轉化為機械能，而不引為內能，但內能卻不能全部轉化為機械能，而不引 起其他變化起其他變化。5.什么是第二類永動機什么是第二類永動機?為什么第二類永動機不為什么第二類永動機不可能造成可能造成?答：能夠從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做答：能夠從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化的熱機稱為第二類永動機。功，而不引起其他變化的熱機稱為第二類永動機。6.試述熱力學第一定律和熱力學第二定律的區(qū)別與聯(lián)試述熱力學第一定律和熱力學第二定律的區(qū)別與聯(lián)系系解答：熱力學第一定律指出了在任何熱力學過程中，解答：熱力學第一定律指出了在任何熱力學過程中，能量不會有任何