熱力學(xué)第二定律-課件

歡迎大家！歡迎大家！思考與討論結(jié)論1：熱量自發(fā)地由高溫物體向低溫物體傳遞的過程是

不可逆的。結(jié)論2：擴(kuò)散現(xiàn)象進(jìn)行是有方向的,過程是不可逆的。結(jié)論3：機(jī)械能自發(fā)地轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程是不可逆的。結(jié)論4：氣體膨脹(絕熱自由膨脹)的過程是不可逆的。思考與討論結(jié)論1：熱量自發(fā)地由高溫物體向低溫物體傳遞的過程是22一.宏觀自然過程的方向性結(jié)論：無數(shù)事實(shí)告訴我們：凡是實(shí)際的過程，只要涉及熱現(xiàn)象，如熱傳遞、氣體的膨脹、擴(kuò)散、有摩擦的機(jī)械運(yùn)動(dòng)都有特定方向。也就是說，一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是不可逆的。一.宏觀自然過程的方向性結(jié)論：無數(shù)事實(shí)告訴我們：凡是實(shí)際的33§4.熱力學(xué)第二定律

§4.熱力學(xué)第二定律

學(xué)習(xí)目標(biāo)1、了解自然界中宏觀過程的方向性2．初步了解熱力學(xué)第二定律的兩種表述

以及這兩種表述的實(shí)質(zhì)．3．了解什么是第二類永動(dòng)機(jī)，為什么第

二類永動(dòng)機(jī)不可以制成．4．嘗試運(yùn)用熱力學(xué)第二定律解決實(shí)際問題學(xué)習(xí)目標(biāo)1、了解自然界中宏觀過程的方向性55二.熱力學(xué)第二定律

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)第二定律熱力學(xué)第二定律的表述有60-70種

熱傳導(dǎo)方向性

克勞修斯表述

機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化方向性

開爾文表述二.熱力學(xué)第二定律在物理學(xué)中，反映宏觀自然過程的66熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。理解“自發(fā)：”當(dāng)兩個(gè)物體接觸時(shí)，不需要第三者介入、不會(huì)對(duì)任何第三者產(chǎn)生影響，熱量就能從一個(gè)物體傳遞到另外一個(gè)物體。高溫低溫低溫高溫自發(fā)自發(fā)克勞修斯表述指明熱傳導(dǎo)過程是不可逆的。熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。理解“自發(fā)：”高溫低溫77熱量真的不能從低溫物體傳到高溫物體嗎？電冰箱和空調(diào)工作時(shí)違反熱力學(xué)第二定律嗎？貯藏的食品大氣電源熱量可以從低溫物體傳到高溫物體但要產(chǎn)生其他影響。熱量真的不能從低溫物體傳到高溫物體嗎？電冰箱和空調(diào)工作時(shí)違反88①熱機(jī)：是一種把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置。(汽油機(jī)、柴油機(jī)、蒸汽輪機(jī)、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)等）②原理：燃料燃燒產(chǎn)生熱量Q1（高溫?zé)嵩矗剂现谢瘜W(xué)能轉(zhuǎn)化為工作物質(zhì)的內(nèi)能。推動(dòng)活塞對(duì)外做功W——工作物質(zhì)內(nèi)能變成機(jī)械能排出廢氣向外界（低溫?zé)嵩矗┓艧酫2機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性的討論從能量轉(zhuǎn)化的角度說明熱機(jī)工作分成幾個(gè)階段①熱機(jī)：是一種把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置。(汽油機(jī)、柴油機(jī)、蒸99機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性的進(jìn)一步討論熱機(jī)能流圖輸出機(jī)械功W漏氣熱損散熱熱損④熱機(jī)的效率永遠(yuǎn)＜100%高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩碤1Q2對(duì)外做功熱機(jī)W熱機(jī)不可能從單一熱源吸熱，使熱量完全轉(zhuǎn)變成功，而不向低溫?zé)嵩捶艧?。摩擦熱損消除熱損失，熱機(jī)能將全部的內(nèi)能轉(zhuǎn)變成做功嗎？燃料產(chǎn)生的熱量Q機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性的進(jìn)一步討論熱機(jī)能流圖輸出機(jī)械功W漏1010不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其它影響。揭示機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化方向性——機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能無法全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，而不產(chǎn)生其他影響熱力學(xué)第二定律的開爾文表述

熱庫是指溫度均勻且恒定不變的系統(tǒng)去掉低溫?zé)釒觳痪湍軐?shí)現(xiàn)吸熱全部轉(zhuǎn)化為功了嗎？不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其它影響。1111更深入的理解開爾文表述可以從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，但要產(chǎn)生其它影響實(shí)例分析：一定質(zhì)量的理想氣體封閉在導(dǎo)熱氣缸內(nèi),氣缸與恒溫?zé)嵩唇佑|,缸壁光滑且不漏氣.氣體做等溫膨脹緩慢地推動(dòng)活塞對(duì)外做功，從單一熱源吸收的熱量Q等于對(duì)外做功W嗎？這一過程違反熱力學(xué)第二定律嗎？不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其它影響氣體的“體積和壓強(qiáng)”發(fā)生了變化，這個(gè)“熱機(jī)”能回到初始狀態(tài)循環(huán)工作嗎？更深入的理解開爾文表述可以從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功1212克勞修斯表述:熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。開爾文表述：不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其它影響。熱力學(xué)第二定律的其他表述可以證明是等價(jià)氣體向真空的自由膨脹是不可逆的。等價(jià)的還有許多其他的表述······克勞修斯表述:熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。開爾文表1313熱力學(xué)第二定律的本質(zhì)一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是不可逆的。這就是熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)。適用條件：只適用于很大數(shù)目分子構(gòu)成的系統(tǒng)及有限范圍內(nèi)的宏觀過程，不適用與少量的微觀系統(tǒng)，也不能擴(kuò)展到無限的宇宙。熱力學(xué)第二定律的本質(zhì)一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自1414有可能制成第二類永動(dòng)機(jī)嗎？

在地球上的海水總質(zhì)量達(dá)1.4×1018噸，如果制造一種機(jī)器，使海水的溫度降低1℃，就能釋放相當(dāng)于1800萬個(gè)功率為100萬千瓦的核電站一年的發(fā)電量，足夠全世界使用4000年。把這類機(jī)器叫做第二類永動(dòng)機(jī)。這一設(shè)想違背能量守恒定律嗎？能制成第二類永動(dòng)機(jī)嗎？熱庫是指溫度均勻且恒定不變的系統(tǒng)有可能制成第二類永動(dòng)機(jī)嗎？在地球上的1515利用表層海水與深層海水的溫度不同進(jìn)行發(fā)電的技術(shù)是在1881年9月，由法國生物物理學(xué)家達(dá)松瓦爾首先提出，1926年11月，法國科學(xué)院建立第一個(gè)實(shí)驗(yàn)溫差發(fā)電站。2012年1月，中國在青島建成了溫差發(fā)電實(shí)驗(yàn)裝置，使得中國成為第三個(gè)掌握海水溫差能發(fā)電技術(shù)的國家。原理是用溫暖的表層海水加熱沸點(diǎn)較低的氨使其沸騰形成蒸汽驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，發(fā)電后的蒸汽再被（500m-1000m）低溫深層海水冷卻，變回液體再被抽回到海水表層，如此循環(huán)。優(yōu)點(diǎn)：不消耗任何燃料；無污染；幾乎不排放任何溫室氣體，全年都可以發(fā)電，副產(chǎn)品是淡水，可供使用.缺點(diǎn)是：投資巨大；發(fā)電成本高；深海冷水管路施工風(fēng)險(xiǎn)高。海水溫差發(fā)電——下個(gè)世紀(jì)新能源開發(fā)的出發(fā)點(diǎn)美國夏威夷利用表層海水與深層海水的溫度不同進(jìn)行發(fā)電的技術(shù)是在1881年1616課堂小結(jié)課堂小結(jié)1717歡迎大家！歡迎大家！思考與討論結(jié)論1：熱量自發(fā)地由高溫物體向低溫物體傳遞的過程是

不可逆的。結(jié)論2：擴(kuò)散現(xiàn)象進(jìn)行是有方向的,過程是不可逆的。結(jié)論3：機(jī)械能自發(fā)地轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程是不可逆的。結(jié)論4：氣體膨脹(絕熱自由膨脹)的過程是不可逆的。思考與討論結(jié)論1：熱量自發(fā)地由高溫物體向低溫物體傳遞的過程是1919一.宏觀自然過程的方向性結(jié)論：無數(shù)事實(shí)告訴我們：凡是實(shí)際的過程，只要涉及熱現(xiàn)象，如熱傳遞、氣體的膨脹、擴(kuò)散、有摩擦的機(jī)械運(yùn)動(dòng)都有特定方向。也就是說，一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是不可逆的。一.宏觀自然過程的方向性結(jié)論：無數(shù)事實(shí)告訴我們：凡是實(shí)際的2020§4.熱力學(xué)第二定律

§4.熱力學(xué)第二定律

學(xué)習(xí)目標(biāo)1、了解自然界中宏觀過程的方向性2．初步了解熱力學(xué)第二定律的兩種表述

以及這兩種表述的實(shí)質(zhì)．3．了解什么是第二類永動(dòng)機(jī)，為什么第

二類永動(dòng)機(jī)不可以制成．4．嘗試運(yùn)用熱力學(xué)第二定律解決實(shí)際問題學(xué)習(xí)目標(biāo)1、了解自然界中宏觀過程的方向性2222二.熱力學(xué)第二定律

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)第二定律熱力學(xué)第二定律的表述有60-70種

熱傳導(dǎo)方向性

克勞修斯表述

機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化方向性

開爾文表述二.熱力學(xué)第二定律在物理學(xué)中，反映宏觀自然過程的2323熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。理解“自發(fā)：”當(dāng)兩個(gè)物體接觸時(shí)，不需要第三者介入、不會(huì)對(duì)任何第三者產(chǎn)生影響，熱量就能從一個(gè)物體傳遞到另外一個(gè)物體。高溫低溫低溫高溫自發(fā)自發(fā)克勞修斯表述指明熱傳導(dǎo)過程是不可逆的。熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。理解“自發(fā)：”高溫低溫2424熱量真的不能從低溫物體傳到高溫物體嗎？電冰箱和空調(diào)工作時(shí)違反熱力學(xué)第二定律嗎？貯藏的食品大氣電源熱量可以從低溫物體傳到高溫物體但要產(chǎn)生其他影響。熱量真的不能從低溫物體傳到高溫物體嗎？電冰箱和空調(diào)工作時(shí)違反2525①熱機(jī)：是一種把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置。(汽油機(jī)、柴油機(jī)、蒸汽輪機(jī)、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)等）②原理：燃料燃燒產(chǎn)生熱量Q1（高溫?zé)嵩矗剂现谢瘜W(xué)能轉(zhuǎn)化為工作物質(zhì)的內(nèi)能。推動(dòng)活塞對(duì)外做功W——工作物質(zhì)內(nèi)能變成機(jī)械能排出廢氣向外界（低溫?zé)嵩矗┓艧酫2機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性的討論從能量轉(zhuǎn)化的角度說明熱機(jī)工作分成幾個(gè)階段①熱機(jī)：是一種把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置。(汽油機(jī)、柴油機(jī)、蒸2626機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性的進(jìn)一步討論熱機(jī)能流圖輸出機(jī)械功W漏氣熱損散熱熱損④熱機(jī)的效率永遠(yuǎn)＜100%高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩碤1Q2對(duì)外做功熱機(jī)W熱機(jī)不可能從單一熱源吸熱，使熱量完全轉(zhuǎn)變成功，而不向低溫?zé)嵩捶艧帷ＤΣ翢釗p消除熱損失，熱機(jī)能將全部的內(nèi)能轉(zhuǎn)變成做功嗎？燃料產(chǎn)生的熱量Q機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性的進(jìn)一步討論熱機(jī)能流圖輸出機(jī)械功W漏2727不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其它影響。揭示機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化方向性——機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能無法全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，而不產(chǎn)生其他影響熱力學(xué)第二定律的開爾文表述

熱庫是指溫度均勻且恒定不變的系統(tǒng)去掉低溫?zé)釒觳痪湍軐?shí)現(xiàn)吸熱全部轉(zhuǎn)化為功了嗎？不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其它影響。2828更深入的理解開爾文表述可以從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，但要產(chǎn)生其它影響實(shí)例分析：一定質(zhì)量的理想氣體封閉在導(dǎo)熱氣缸內(nèi),氣缸與恒溫?zé)嵩唇佑|,缸壁光滑且不漏氣.氣體做等溫膨脹緩慢地推動(dòng)活塞對(duì)外做功，從單一熱源吸收的熱量Q等于對(duì)外做功W嗎？這一過程違反熱力學(xué)第二定律嗎？不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其它影響氣體的“體積和壓強(qiáng)”發(fā)生了變化，這個(gè)“熱機(jī)”能回到初始狀態(tài)循環(huán)工作嗎？更深入的理解開爾文表述可以從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功2929克勞修斯表述:熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。開爾文表述：不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其它影響。熱力學(xué)第二定律的其他表述可以證明是等價(jià)氣體向真空的自由膨脹是不可逆的。等價(jià)的還有許多其他的表述······克勞修斯表述:熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。開爾文表3030熱力學(xué)第二定律的本質(zhì)一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是不可逆的。這就是熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)。適用條件：只適用于很大數(shù)目分子構(gòu)成的系統(tǒng)及有限范圍內(nèi)的宏觀過程，不適用與少量的微觀系統(tǒng)，也不能擴(kuò)展到無限的宇宙。熱力學(xué)第二定律的本質(zhì)一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自3131有可能制成第二類永動(dòng)機(jī)嗎？

在地球上的海水總質(zhì)量達(dá)1.4×1018噸，如果制造一種機(jī)器，使海水的溫度降低1℃，就能釋放相當(dāng)于1800萬個(gè)功率為100萬千瓦的核電站一年的發(fā)電量，足夠全世界使用4000年。把這類機(jī)器叫做第二類永動(dòng)機(jī)。這一設(shè)想違背能量守恒定律嗎？能制成第二類永動(dòng)機(jī)嗎？熱庫是指溫度均勻且恒定不變的系統(tǒng)有可能制成第二類永動(dòng)機(jī)嗎？在地球上的3232利用表層海水與深層海水的溫度不同進(jìn)行發(fā)電的技術(shù)是在1881年9月，由法國生物物理學(xué)家達(dá)松瓦爾首先提出，1926年11月，法國科學(xué)院建立第一個(gè)實(shí)驗(yàn)溫差發(fā)電站。2012年1月，中國在青島