第4章 3 宏觀過程的方向性+4 熱力學(xué)第二定律+5 初識(shí)熵

1、.3宏觀過程的方向性4熱力學(xué)第二定律5初識(shí)熵學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識(shí) 脈 絡(luò)1.知道熱傳遞、擴(kuò)散現(xiàn)象、機(jī)械能與內(nèi)能的轉(zhuǎn)化等都具有方向性具有方向性的過程是不可逆的重點(diǎn)2.理解熱力學(xué)第二定律的兩種表述，并能用熱力學(xué)第二定律解釋第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成難點(diǎn)、重點(diǎn)3.學(xué)會(huì)用熱力學(xué)第二定律解釋自然界中的能量轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移及方向性問題重點(diǎn)4.理解熵的概念及熵增原理，并能解釋生活中的有關(guān)現(xiàn)象難點(diǎn)宏觀過程的方向性、熱力學(xué)第二定律1宏觀過程的方向性1熱傳遞的方向性熱量可以自發(fā)地由高溫物體傳給低溫物體，或者由物體的高溫部分傳給低溫部分熱量不能自發(fā)地由低溫物體傳給高溫物體熱傳遞是不可逆過程，具有方向性2擴(kuò)散現(xiàn)象的方向性液體擴(kuò)

2、散現(xiàn)象具有方向性氣體向真空的自由膨脹是不可逆的，具有方向性3機(jī)械能與內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化存在著方向性2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把熱量從低溫物體傳遞到高溫物體而不產(chǎn)生其他影響說明熱傳遞的方向性2第二種表述開爾文表述不可能從單一熱源汲取熱量使之全部變?yōu)橛杏玫墓Χ划a(chǎn)生其他影響說明機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性熱力學(xué)第二定律的這兩種表述是等價(jià)的熱現(xiàn)象的宏觀過程是不可逆的3第二類永動(dòng)機(jī)定義從單一熱源汲取熱量并使之完全轉(zhuǎn)化為功而不產(chǎn)生其他影響的機(jī)器第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成第二類永動(dòng)機(jī)并不違犯熱力學(xué)第一定律，但違犯了熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律的又一表述第二類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的1第二類永動(dòng)機(jī)

3、違犯了熱力學(xué)第二定律2科技興隆后，熱機(jī)的效率可以到達(dá)100%.×3機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能不能自發(fā)的全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能請舉出日常生活中的一些不可逆過程【提示】1破鏡不能重圓2水從高山流到河谷，不可能自己再返回高山3一滴墨水滴入一杯清水中，墨水?dāng)U散均勻后，不可能再自動(dòng)地凝聚成一滴墨水1對(duì)兩種表述的理解1熱力學(xué)第二定律的兩種表述看上去似乎沒有什么聯(lián)絡(luò)，然而實(shí)際上它們是等價(jià)的，即由其中一個(gè)，可以推導(dǎo)出另一個(gè)2“不產(chǎn)生其他影響是指使熱量從低溫物體傳遞到高溫物體時(shí)外界不消耗任何功或從單一熱源吸收熱量全部用來做功而外界及系統(tǒng)都不發(fā)生任何變化3克勞修斯表述是說熱量不能自動(dòng)地從低溫物體轉(zhuǎn)移到高

4、溫物體假如外界消耗一定量的功，把熱量從低溫物體轉(zhuǎn)移到高溫物體是完全可能的，如電冰箱和空調(diào)機(jī)的制冷過程4開爾文表述說明了在引起其他變化或產(chǎn)生其他影響的條件下，熱量可以完全轉(zhuǎn)化為功，如理想氣體的等溫自由膨脹，內(nèi)能不變，吸收的熱量全部轉(zhuǎn)化為功，但卻引起了體積的膨脹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提醒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3熱力學(xué)第二定律的推廣對(duì)任何一類宏觀自然過程進(jìn)展方向的說明，都可以作為熱力學(xué)第二定律的表述例如，在圖4­3­1中，盒子中間有一個(gè)擋板，左室為真空，右室有氣體

5、撤去擋板后，右室的氣體自發(fā)向左室擴(kuò)散，而相反的過程不可能自發(fā)地進(jìn)展因此，熱力學(xué)第二定律也可以表述為：氣體向真空的自由膨脹是不可逆的圖4­3­11以下關(guān)于熱力學(xué)第二定律的說法正確的選項(xiàng)是A所有符合能量守恒定律的宏觀過程都能真的發(fā)生B一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是不可逆的C機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能無法全部用來做功以轉(zhuǎn)換成機(jī)械能而不引其他影響D氣體向真空的自由膨脹是可逆的E熱運(yùn)動(dòng)的宏觀過程會(huì)有一定的方向性【解析】熱運(yùn)動(dòng)的宏觀過程會(huì)有一定的方向性，符合能量守恒定律的宏觀過程并不能都真的發(fā)生，故A錯(cuò)誤，E正確；根據(jù)熱力學(xué)第二定律，一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是不可逆的

6、，所以氣體向真空的自由膨脹是不可逆的，故B正確，D錯(cuò)誤；根據(jù)熱力學(xué)第二定律，不可能從單一熱源汲取熱使之全部轉(zhuǎn)換為有用的功而不產(chǎn)生其他影響，所以機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能無法全部用來做功以轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，故C正確【答案】BCE2根據(jù)熱力學(xué)第二定律，以下說法中正確的選項(xiàng)是【導(dǎo)學(xué)號(hào)：74320192】A電流的電能不可能全部轉(zhuǎn)變成內(nèi)能B在火力發(fā)電中，燃?xì)獾膬?nèi)能不可能全部轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔蹸在熱機(jī)中，燃?xì)獾膬?nèi)能不可能全部轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能D在熱傳導(dǎo)中，熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫物體E熱量可以從低溫物體傳向高溫物體，而不引起其他的影響【解析】電能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，如純電阻電路，而燃?xì)獾膬?nèi)能不可能全部轉(zhuǎn)化

7、為電能和機(jī)械能，故A錯(cuò)誤，B、C正確；根據(jù)熱力學(xué)第二定律關(guān)于熱傳導(dǎo)的描繪知，D正確，E錯(cuò)誤【答案】BCD3以下說法中正確的選項(xiàng)是A機(jī)械能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能是不可能的B機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能C第二類永動(dòng)機(jī)不可能制造成功的原因是因?yàn)槟芰考炔粫?huì)消失，也不會(huì)創(chuàng)生，只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，或從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式D根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，熱量可能從低溫物體傳到高溫物體E從單一熱源吸收的熱量全部變?yōu)楣κ强赡艿摹窘馕觥繖C(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故A錯(cuò)誤，B正確；第二類永動(dòng)機(jī)不可能制造成功是因?yàn)樗`犯了熱力學(xué)第二定律，故C錯(cuò)誤；熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，但假如不是自發(fā)地，是可以進(jìn)展的，故

8、D正確；從單一熱源吸收的熱量全部用來做功而不引起其他變化，是不可能的，但假如是從單一熱源吸收的熱量全部變?yōu)楣Φ耐瑫r(shí)也引起了其他的變化，是可能的，故E正確【答案】BDE理解熱力學(xué)第二定律的方法1理解熱力學(xué)第二定律的本質(zhì)，即自然界中進(jìn)展的所有涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性理解的關(guān)鍵在于“自發(fā)和“不產(chǎn)生其他影響2正確理解哪些過程不會(huì)到達(dá)100%的轉(zhuǎn)化而不產(chǎn)生其他影響熵1有序、無序物理學(xué)上把系統(tǒng)的有差異的不均勻、有規(guī)那么、集中說成有序，把系統(tǒng)的無差異的均勻、無規(guī)那么、分散說成無序2熵1熵的定義用來量度系統(tǒng)無序程度的物理量叫做熵2熵增原理孤立系統(tǒng)的熵總是增加的，或者孤立系統(tǒng)的熵總不減少3熵增原理是熱力

9、學(xué)第二定律最根本的表示式1熵是系統(tǒng)內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)無序性的量度2在自然過程中熵總是增加的3熵值越大代表越有序×質(zhì)量一樣、溫度一樣的水，如圖4­3­2所示，分別處于固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)三種狀態(tài)下，它們的熵的大小有什么關(guān)系？為什么？氣體液體固體圖4­3­2【提示】質(zhì)量一樣、溫度一樣的水，可以由固態(tài)自發(fā)地向液態(tài)、氣態(tài)轉(zhuǎn)化所以，氣態(tài)時(shí)的熵最大，其次是液態(tài)，固態(tài)時(shí)的熵最小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，假如過程可逆，那么熵不變；假如過程不可逆，那么熵增加2對(duì)熵增

10、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)展或者說，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)開展，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開展4在以下表達(dá)中，正確的選項(xiàng)是A熵是物體內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)無序程度的量度B對(duì)孤立系統(tǒng)而言，一個(gè)自發(fā)的過程中熵總是向減少的方向進(jìn)展C熱力學(xué)第二定律的微觀本質(zhì)是：熵總是增加的D熵值越大，說明系統(tǒng)內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)越無序E能量耗散說明能量在不斷減小【解析】熵是物體內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)無序程度的量度，系統(tǒng)內(nèi)分子運(yùn)

11、動(dòng)越無序，熵值越大，故A、D正確；對(duì)孤立系統(tǒng)而言，一個(gè)自發(fā)的過程中熵總是向增加的方向進(jìn)展，故B錯(cuò)誤；根據(jù)熱力學(xué)第二定律，擴(kuò)散、熱傳遞等現(xiàn)象與溫度有關(guān)，但凡與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程，都具有方向性，其本質(zhì)說明熵總是增加的，故C正確；能量耗散是指能量的可利用率越來越低，但能量仍然是守恒的，故E錯(cuò)誤【答案】ACD5對(duì)于孤立體系中發(fā)生的實(shí)際過程，以下說法中正確的選項(xiàng)是 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：74320193】A系統(tǒng)的總熵只能增大，不可能減小B系統(tǒng)的總熵可能增大，可能不變，還可能減小C系統(tǒng)逐漸從比較有序的狀態(tài)向無序的狀態(tài)開展D系統(tǒng)逐漸從比較無序的狀態(tài)向更加有序的狀態(tài)開展E在自然的可逆過程中，孤立系統(tǒng)的總熵不變【解析】根據(jù)熵增加原理，一個(gè)孤立系統(tǒng)發(fā)生的實(shí)際過程，總熵只能增大，A正確，B錯(cuò)誤；對(duì)于可逆的自然過程，總熵不變，E對(duì)；再根據(jù)熵的物理意義，它量度系統(tǒng)的無序程度，熵越大，無