高二物理熱力學(xué)第二定律

1、 4.熱力學(xué)第二定律 一、熱力學(xué)第二定律的一種表述 1熱傳導(dǎo)的方向性 (1)凡是實(shí)際的過(guò)程，只要涉及熱現(xiàn)象，都有特定的 性；這些過(guò)程可以自發(fā)地朝某個(gè) 進(jìn)行，而相反的過(guò)程即使不違背能量守恒定律，它們也不會(huì) 地進(jìn)行 (2)一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過(guò)程都是 的 2熱力學(xué)第二定律的一種表述 熱量不能 地從低溫物體傳到高溫物體這是熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述，闡述的是 的方向性 方向方向方向方向自發(fā)自發(fā)不可逆不可逆自發(fā)自發(fā)傳熱傳熱 二、熱力學(xué)第二定律的另一種表述 1熱機(jī) (1)熱機(jī)工作的兩個(gè)階段 第一個(gè)階段是 ，把燃料中的 變成工作物質(zhì)的內(nèi)能 第二個(gè)階段是工作物質(zhì)對(duì)外 ，把自己的內(nèi)能變成 (2)熱機(jī)的

2、效率：熱機(jī)輸出的 與燃料產(chǎn)生的 的比值用公式表示為 .燃燒燃料燃燒燃料化學(xué)能化學(xué)能做功做功機(jī)械能機(jī)械能機(jī)械功機(jī)械功熱量熱量 2開(kāi)爾文表述：不可能從 吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響(即機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化具有方向性)單一熱源單一熱源 一、熱力學(xué)第二定律理解中的幾個(gè)問(wèn)題 1單一熱庫(kù)：指溫度均勻并且恒定不變的系統(tǒng)若一系統(tǒng)各部分溫度不相同或者溫度不穩(wěn)定，則構(gòu)成機(jī)器的工作物質(zhì)可以在不同溫度的兩部分之間工作，從而可以對(duì)外做功據(jù)報(bào)道，有些國(guó)家已在研究利用海水上下溫度不同來(lái)發(fā)電 2其他影響：指除了從單一熱庫(kù)吸收的熱量，以及所做的功以外的其他一切影響；或者除了從低溫物體吸收熱量、高溫物體得到相同的熱量外

3、，其他一切影響和變化不是不能從單一熱庫(kù)吸收熱量而對(duì)外做功，而是這樣做的結(jié)果，一定伴隨著其他變化或影響同樣，也不是熱量不能從低溫物體傳到高溫物體，而是指不產(chǎn)生其他影響的自動(dòng)熱傳遞是不可能的 3關(guān)于“不可能”：實(shí)際上熱機(jī)或制冷機(jī)系統(tǒng)循環(huán)終了時(shí)，除了從單一熱庫(kù)吸收熱量對(duì)外做功，以及熱量從低溫?zé)釒?kù)傳到高溫?zé)釒?kù)以外，過(guò)程所產(chǎn)生的其他一切影響，不論用任何曲折復(fù)雜的辦法都不可能加以消除 4兩種表述是等價(jià)的 如果克勞修斯表達(dá)不成立，則開(kāi)爾文表述也不成立 5熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì) 熱力學(xué)第二定律的每一種描述，都揭示了大量分子參與宏觀過(guò)程的方向性，使人們認(rèn)識(shí)到自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性 二、熱力

4、學(xué)第一、第二定律的比較及兩類永動(dòng)機(jī)的比較 1熱力學(xué)第一定律與熱力學(xué)第二定律的比較規(guī)律區(qū)別聯(lián)系熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第二定律區(qū)別熱力學(xué)第一定律是能量守恒定律在熱力學(xué)中的體現(xiàn)，否定了創(chuàng)造能量和消滅能量的可能性，從而否定了第一類永動(dòng)機(jī)熱力學(xué)第二定律反映了一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過(guò)程都是不可逆的，從而否定了第二類永動(dòng)機(jī) 2.兩類永動(dòng)機(jī)的比較比較項(xiàng)第一類永動(dòng)機(jī)第二類永動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)要求不消耗任何能量，可以不斷地對(duì)外做功(或只給予很小的能量啟動(dòng)后，可以永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去)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)關(guān)于兩類永動(dòng)機(jī)和熱力學(xué)的兩個(gè)定律，下列說(shuō)法正確的是() A第二類永

5、動(dòng)機(jī)不可能制成是因?yàn)檫`反了熱力學(xué)第一定律 B第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成是因?yàn)檫`反了熱力學(xué)第二定律 C由熱力學(xué)第一定律可知做功不一定改變內(nèi)能，傳熱也不一定改變內(nèi)能，但同時(shí)做功和傳熱一定會(huì)改變內(nèi)能 D由熱力學(xué)第二定律可知熱量從低溫物體傳向高溫物體是可能的，從單一熱源吸收熱量，完全變成功也是可能的 解析： 答案：D 【反思總結(jié)】第一類永動(dòng)機(jī)違反能量守恒定律，第二類永動(dòng)機(jī)不違反能量守恒定律，但違反熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第一定律是能量守恒定律的一種具體形式，而熱力學(xué)第二定律反映的是熱現(xiàn)象的方向性 教材資料分析 思考與討論 地球上海水的總質(zhì)量達(dá)1.41021 kg.如果把這些海水的溫度降低1 ，放出的熱量就達(dá)9

6、1018 kWh，足夠全世界使用4 000年這個(gè)設(shè)想不違背能量守恒定律，但是不能實(shí)現(xiàn)，所以叫做第二類永動(dòng)機(jī)前面學(xué)到的，違背能量守恒定律的永動(dòng)機(jī)，叫做第一類永動(dòng)機(jī) 學(xué)過(guò)熱力學(xué)第二定律之后，你能說(shuō)出為什么不能制成第二類永動(dòng)機(jī)嗎？ 【點(diǎn)撥】雖然第二類永動(dòng)機(jī)不違反能量守恒定律，大量的事實(shí)證明，在任何情況下熱機(jī)都不可能只有一個(gè)熱源，熱機(jī)要不斷地把吸取的熱量變?yōu)橛杏玫墓?，就不可避免地將一部分熱量傳給低溫?zé)嵩锤鶕?jù)熱力學(xué)第二定律分析，下列說(shuō)法中正確的是() A熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體，但不能從低溫物體傳到高溫物體 B熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體，也可以從低溫物體傳到高溫物體 C機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能

7、，但變化的內(nèi)能不可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 D機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，變化的內(nèi)能也可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 解析： 答案：BD選項(xiàng)個(gè)性分析A錯(cuò)誤 根據(jù)傳熱的規(guī)律可知，熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體，但不能自發(fā)地(不需要外界幫助)從低溫物體傳到高溫物體。但是如果借助外界的幫助熱量可以從低溫物體傳到高溫物體B正確C錯(cuò)誤機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能(如一個(gè)運(yùn)動(dòng)物體克服摩擦力做功而最終停止運(yùn)動(dòng)時(shí)，機(jī)械能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能)；在一定條件下，變化的內(nèi)能也可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，如理想氣體在等溫膨脹過(guò)程中，將吸收來(lái)的熱量全部用來(lái)做功 【反思總結(jié)】熱量可以從高溫物體傳到低溫物體也可以從低溫物體傳到高溫物體，只不過(guò)前者能自

8、發(fā)地進(jìn)行，后者必須借助外界的幫助；機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能要全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，肯定會(huì)引起其他變化 【跟蹤發(fā)散】11：關(guān)于永動(dòng)機(jī)和熱力學(xué)定律的討論，下列敘述正確的是() A第二類永動(dòng)機(jī)違反能量守恒定律 B如果物體從外界吸收了熱量，則物體的內(nèi)能一定增加 C外界對(duì)物體做功，則物體的內(nèi)能一定增加 D做功和熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能，但從能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的觀點(diǎn)來(lái)看這兩種改變方式是有區(qū)別的 解析：第二類永動(dòng)機(jī)違反熱力學(xué)第二定律，并不是違反能量守恒定律，故A錯(cuò)據(jù)熱力學(xué)第二定律UQW知內(nèi)能的變化由做功W和熱傳遞Q兩個(gè)方面共同決定，只知道做功情況或只知道傳熱情況無(wú)法確定內(nèi)能的變化情況，故B、C項(xiàng)錯(cuò)誤做功和

9、熱傳遞都可改變物體內(nèi)能但做功是不同形式能的轉(zhuǎn)化，而熱傳遞是同種形式能間的轉(zhuǎn)移，這兩種方式是有區(qū)別的，故D正確 答案：D如圖所示為電冰箱的工作原理示意圖壓縮機(jī)工作時(shí)，強(qiáng)迫制冷劑在冰箱內(nèi)外的管道中不斷循環(huán)在蒸發(fā)器中制冷劑汽化吸收箱體內(nèi)的熱量，經(jīng)過(guò)冷凝器時(shí)制冷劑液化，放出熱量到箱體外，下列說(shuō)法正確的是() A熱量可以自發(fā)地從冰箱內(nèi)傳到冰箱外 B電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳到外界，是因?yàn)槠湎牧穗娔?C電冰箱的工作原理不違反熱力學(xué)第一定律 D電冰箱的工作原理違反熱力學(xué)第一定律 解析：熱力學(xué)第一定律是熱現(xiàn)象中內(nèi)能與其他形式能的轉(zhuǎn)化規(guī)律，是能的轉(zhuǎn)化和守恒定律的具體表現(xiàn)，適用于所有的熱學(xué)過(guò)程，

10、故C正確，D錯(cuò)誤；再根據(jù)熱力學(xué)第二定律，熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，必須借助于其他系統(tǒng)做功A錯(cuò)誤，B正確，故選B、C. 答案：BC 【跟蹤發(fā)散】21：關(guān)于熱現(xiàn)象和熱學(xué)規(guī)律，下列說(shuō)法中正確的是() A隨著低溫技術(shù)的發(fā)展，我們可以使溫度逐漸降低，并達(dá)到絕對(duì)零度，最終實(shí)現(xiàn)熱機(jī)效率100% B熱量是不可能從低溫物體傳遞給高溫物體的 C第二類永動(dòng)機(jī)遵守能量守恒定律故能制成 D用活塞壓縮汽缸里的空氣，對(duì)空氣做功2.0105 J，同時(shí)空氣向外界放出熱量1.5105 J，則空氣的內(nèi)能增加了0.5105 J 解析：絕對(duì)零度不可能達(dá)到，A錯(cuò)誤；由熱力學(xué)第二定律知，B、C錯(cuò)誤；由熱力學(xué)第一定律知，D正確

11、答案：D 1下列哪些物理過(guò)程具有方向性() A熱傳導(dǎo)過(guò)程 B機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過(guò)程 C氣體的擴(kuò)散過(guò)程 D氣體向真空中膨脹的過(guò)程 解析：一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的自然現(xiàn)象都具有方向性，應(yīng)選ABCD. 答案：ABCD 2關(guān)于熱傳導(dǎo)的方向性，下列說(shuō)法正確的是() A熱量只能由高溫物體傳給低溫物體 B熱量能自發(fā)地由低溫物體傳給高溫物體 C在一定條件下，熱量也可以從低溫物體傳給高溫物體 D熱量一定不可能從低溫物體傳給高溫物體 解析：在有外力做功情況下，熱量可以從低溫物體傳遞給高溫物體，而熱量只能自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體，故C選項(xiàng)正確 答案：C 3關(guān)于熱力學(xué)定律，下列說(shuō)法正確的是() A在一定條件下物體的溫度

12、可以降到0 K B物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功 C吸收了熱量的物體，其內(nèi)能一定增加 D壓縮氣體總能使氣體的溫度升高 解析：熱力學(xué)零度，即我們所說(shuō)的273.15 ，這個(gè)溫度只能無(wú)限接近而不能達(dá)到，A錯(cuò)；由熱力學(xué)第二定律知，物體不可能從單一熱源吸收熱量全部用來(lái)做功而不引起其他變化，換句話說(shuō)，在引起其他變化的情況下，物體可以從單一熱源吸收熱量全部用來(lái)做功，所以B正確；根據(jù)熱力學(xué)第一定律，UWQ知，改變物體內(nèi)能的方式是做功和熱傳遞，所以物體吸收了熱量或?qū)ξ矬w做功其內(nèi)能都不一定增加，故C、D錯(cuò) 答案：B 4下列宏觀過(guò)程能用熱力學(xué)第二定律解釋的是() A大米和小米混合后小米能自發(fā)地填充到大米空隙

13、中而經(jīng)過(guò)一段時(shí)間大米、小米不會(huì)自動(dòng)分開(kāi) B將一滴紅墨水滴入一杯清水中，會(huì)均勻擴(kuò)散到整杯水中，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，墨水和清水不會(huì)自動(dòng)分開(kāi) C冬季的夜晚，放在室外的物體隨氣溫的降低，不會(huì)由內(nèi)能自發(fā)地轉(zhuǎn)化為機(jī)械能而動(dòng)起來(lái) D隨著節(jié)能減排措施的不斷完善，最終也不會(huì)使汽車熱機(jī)的效率達(dá)到100% 解析：熱力學(xué)第二定律反映的是與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過(guò)程的方向性的規(guī)律，A不屬于熱現(xiàn)象，A錯(cuò)；由熱力學(xué)第二定律可知B、C、D正確 答案：BCD 5關(guān)于熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律，下列論述正確的是() A熱力學(xué)第一定律指出內(nèi)能可以與其他形式的能相互轉(zhuǎn)化，而熱力學(xué)第二定律則指出內(nèi)能不可能完全轉(zhuǎn)化為其他形式的能，故這兩條定律是

14、相互矛盾的 B內(nèi)能可以轉(zhuǎn)化為其他形式的能，只是會(huì)產(chǎn)生其他影響，故兩條定律并不矛盾 C兩條定律都是有關(guān)能量的轉(zhuǎn)化規(guī)律，它們不但不矛盾，而且沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別 D其實(shí)，能量守恒定律已經(jīng)包含了熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律 答案：BCD 6隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源短缺問(wèn)題日顯突出，近期油價(jià)不斷攀升，已對(duì)各國(guó)人民的日常生活造成了各種影響，如排長(zhǎng)隊(duì)等待加油的情景已經(jīng)多次在世界各地發(fā)生，能源成為困擾世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大難題之一，下列有關(guān)能量轉(zhuǎn)化的說(shuō)法中錯(cuò)誤的是() A不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來(lái)做功，而不引起其他的變化 B只要對(duì)內(nèi)燃機(jī)不斷改進(jìn)，就可以把內(nèi)燃機(jī)得到的全部?jī)?nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 C滿足能量守恒

15、定律的物理過(guò)程都能自發(fā)的進(jìn)行 D外界對(duì)物體做功，物體的內(nèi)能必然增加 解析：由熱力學(xué)第二定律的開(kāi)爾文表述可知A對(duì)熱機(jī)效率總低于100%，B錯(cuò)滿足能量守恒的過(guò)程未必能自發(fā)進(jìn)行，任何過(guò)程一定滿足熱力學(xué)第二定律，C錯(cuò)由熱力學(xué)第一定律UWQ可知，W0，U不一定大于0，即內(nèi)能不一定增加，D錯(cuò) 答案：BCD 7(2011大綱全國(guó)卷14)關(guān)于一定量的氣體，下列敘述正確的是() A氣體吸收的熱量可以完全轉(zhuǎn)化為功 B氣體體積增大時(shí)，其內(nèi)能一定減少 C氣體從外界吸收熱量，其內(nèi)能一定增加 D外界對(duì)氣體做功，氣體內(nèi)能可能減少 解析：由熱力學(xué)第二定律知，熱量可以完全轉(zhuǎn)化為功，但要引起其他變化，A選項(xiàng)對(duì)由熱力學(xué)第一定律UWQ知，改變物體內(nèi)能的兩種方式是做功和熱傳遞，B項(xiàng)只說(shuō)明氣體對(duì)外做功，沒(méi)有考慮熱傳遞；C項(xiàng)只說(shuō)明氣體從外界吸收熱