高二物理選修3-3-10.4-熱力學(xué)第二定律-LI

第一頁，共20頁。問題(wèntí)熱力學(xué)第一定律(dìnglǜ)告訴我們：在一切熱力學(xué)過程中能量必須守恒。滿足能量守恒的過程是否(shìfǒu)都能實現(xiàn)呢？第二頁，共20頁。思考(sīkǎo)與討論：P57結(jié)論1.熱量自動地由高溫(gāowēn)物體向低溫物體傳遞的過程是不可逆的。結(jié)論2.擴(kuò)散(kuòsàn)現(xiàn)象進(jìn)行是有方向的,過程是不可逆的。結(jié)論3.

功可以自動轉(zhuǎn)化為熱，但熱卻不能自動轉(zhuǎn)化為功。通過摩擦而使功轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬倪^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。一.自然過程的方向結(jié)論：無數(shù)事實告訴我們：但凡實際的過程，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)械運動都有特定方向。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。第三頁，共20頁?？藙谛匏贡硎鲋该?zhǐmíng)熱傳導(dǎo)過程是不可逆的。與之相應(yīng)的經(jīng)驗(jīngyàn)事實是，當(dāng)兩個不同溫度的物體相互接觸時，熱量將由高溫物體向低溫物體傳遞，而不可能自發(fā)地由低溫物體傳到高溫物體。如果借助制冷機(jī)，當(dāng)然可以把熱量由低溫傳遞到高溫，但要以外界作功為代價，也就是引起了其他變化。〔1〕克勞修斯表述：熱量(rèliàng)不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體.二.熱力學(xué)第二定律第四頁，共20頁。電冰箱的內(nèi)部溫度比外部溫度低，為什么致冷系統(tǒng)還能不斷(bùduàn)地把箱內(nèi)熱量傳給外界的空氣？電冰箱工作時違反(wéifǎn)熱力學(xué)第二定律嗎？第五頁，共20頁。因為電冰箱消耗了電能，對制冷系統(tǒng)做了功，一旦切斷電源，電冰箱就不能把其內(nèi)部的熱量傳給外界的空氣了．相反(xiāngfǎn)，外界的熱量會自發(fā)地傳給電冰箱，使其溫度逐漸升高．貯藏(zhùcáng)的食品大氣(dàqì)電冰箱制冷系統(tǒng)熱量熱量電源做功第六頁，共20頁。熱傳導(dǎo)的過程是有方向性的，這個過程可以向一個方向自發(fā)地進(jìn)行，但是向相反的方向卻不能自發(fā)地進(jìn)行。要實現(xiàn)相反方向的過程，必須借助外界的幫助，因而產(chǎn)生其它影響或引起(yǐnqǐ)其它變化。熱傳導(dǎo)的方向性第七頁，共20頁。①熱機(jī)：是一種(yīzhǒnɡ)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)動機(jī)等〕②原理：燃料燃燒產(chǎn)生熱量Q1〔高溫?zé)嵩础场剂现谢瘜W(xué)能轉(zhuǎn)化(zhuǎnhuà)為工作物質(zhì)的內(nèi)能。推動活塞對外做功W——工作物質(zhì)(wùzhì)內(nèi)能變成機(jī)械能排出廢氣向外界〔低溫?zé)嵩础撤艧酫2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)能流圖燃料產(chǎn)生的熱量Q輸出機(jī)械功W漏氣熱損散熱熱損摩擦熱損第八頁，共20頁。④效率：由能量守恒定律知道(zhīdào)Q1=W+Q2熱機(jī)的效率高溫(gāowēn)熱庫低溫(dīwēn)熱庫Q1Q2對外做功熱機(jī)W熱機(jī)的效率小于100%，就不可能把從高溫?zé)嵩次盏臒崃咳哭D(zhuǎn)化為機(jī)械能，總有一局部熱量散發(fā)到冷凝器或大氣中。機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性的進(jìn)一步討論③熱機(jī)工作時的能流分配第九頁，共20頁。例如，利用熱機(jī)循環(huán)，吸熱可對外作出功來．但實際熱機(jī)的循環(huán)除了熱變功外，還必定有一定的熱量從高溫(gāowēn)熱源傳給低溫?zé)嵩矗串a(chǎn)生了其它效果熱全部變?yōu)楣Φ倪^程也是有的，如，理想氣體等溫膨脹。但在這一過程中除了氣體從單一熱源吸熱完全變?yōu)楣ν?，還引起了其它變化，即過程結(jié)束時，氣體的體積增大了?！?〕開爾文表述：不可能從單一熱源吸取熱量(rèliàng)，使之完全變成有用的功而不產(chǎn)生其他影響。二.熱力學(xué)第二(dìèr)定律

開爾文表述揭示機(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)能無法全部用來做功以轉(zhuǎn)換成機(jī)械能第十頁，共20頁。定律(dìnglǜ)的兩種表述熱力學(xué)第二定律的兩種表述克勞修斯表述：

不可能將熱量從低溫物體傳到高溫物體而不引起其它變化（即熱量不會自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體）。開爾文表述：

不可能從單一熱源吸取熱量并使它完全變?yōu)橛杏玫墓Χ灰鹌渌兓?第二類永動機(jī)是不可能制成的)第十一頁，共20頁。1.兩種表述是等價的．可以從一種表述導(dǎo)出另一種表述，兩種表述都稱為熱力學(xué)第二定律2.對任何一類(yīlèi)宏觀過程進(jìn)行方向的說明，都可以作為熱力學(xué)第二定律的表述。3.熱力學(xué)第二定律的意義提示了有大量分子參與的宏觀過程的方向性，是獨立于熱力學(xué)第一定律的一個重要自然規(guī)律．對熱力學(xué)第二(dìèr)定律的理解第十二頁，共20頁。第二類永動機(jī)任何物體都具有內(nèi)能，在地球上貯存量十分豐富的海水總質(zhì)量約達(dá)1.4×1018噸，它的溫度只要降低1℃，就能釋放相當(dāng)于1800萬個功率為100萬千瓦的核電站一年的發(fā)電量，足夠全世界使用4000年。而人類都不能利用這種“新能源〞，其原因是什么？是因為涉及物理學(xué)的一個(yīɡè)根本定律——熱力學(xué)第二定律．第十三頁，共20頁。第二類永動機(jī)1.第二類永動機(jī)：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(jī)叫做第二類永動機(jī)。2.第二類永動機(jī)不可能制成！表示機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性．盡管機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能卻不能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，同時不引起其他變化．3.第一類永動機(jī)和第二類永動機(jī)它們都不可能制成，第一類永動機(jī)的設(shè)想違反了能量守恒定律；第二類永動機(jī)的設(shè)想雖不違反能量守恒定律，但違背了跟熱現(xiàn)象(xiànxiàng)相聯(lián)系的宏觀自然過程具有方向性的規(guī)律〔熱力學(xué)第二定律〕。熱力學(xué)第二(dìèr)定律的另一種表述就是：第二(dìèr)類永動機(jī)不可能制成。第十四頁，共20頁。小結(jié)(xiǎojié)：熱力學(xué)第二定律有常見的兩種表述(biǎoshù)，提示了有大量分子參與的宏觀過程(即與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程)的方向性，第二類永動機(jī)不可能制成。第十五頁，共20頁。例1.以下說法正確的選項是()A．在自然條件下，熱傳遞的過程是不可逆的B．熱量不可能由高溫物體傳遞給低溫物體C．氣體的擴(kuò)散(kuòsàn)過程具有方向性D．一切形式能量轉(zhuǎn)化都不具有方向性AC第十六頁，共20頁。例2.根據(jù)熱力學(xué)第二定律，可知以下說法中正確的選項是〔〕A．不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其它變化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，而不引起其它的變化的熱機(jī)是可實現(xiàn)的C．致冷系統(tǒng)能將冰箱里的熱量傳給外界較高溫(gāowēn)度的空氣中而不引起其它變化D．不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫(gāowēn)物體，而不引起其他變化AD第十七頁，共20頁。例3.根據(jù)熱力學(xué)定律和分子動理論，可知以下說法中正確的選項是〔〕A．我們可以利用高科技手段，將流散到周圍環(huán)境中的內(nèi)能(nèinénɡ)重新收集起來