3.4 熱力學(xué)第二定律 課件 -高二下學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第三冊

2024/9/111物理組人教版物理選擇性必修三第3章《熱力學(xué)定律》

第4節(jié):熱力學(xué)第二定律

高二物理組邱鵬2024/9/112物理組一滴紅色顏料滴進(jìn)一杯清水中擴散，整杯水將均勻地變紅。從系統(tǒng)的角度來看，擴散之前是一種狀態(tài)，擴散后是另一種狀態(tài)。那么，水中擴散后的顏料能否自發(fā)地重新聚集在一起，而其余部分又變成清水？2024/9/113物理組能量守恒定律告訴我們，在自然界發(fā)生的一切過程中能量都是守恒的，一個導(dǎo)致能量創(chuàng)生或能量消失的過程是不可能出現(xiàn)的。符合能量守恒定律的宏觀過程都能自發(fā)地進(jìn)行嗎？2024/9/114物理組破鏡難圓水往低處流2024/9/115物理組2024/9/116物理組2024/9/117物理組2024/9/118物理組無數(shù)事實告訴我們，凡是實際的過程，只要涉及熱現(xiàn)象，都有特定的方向性。這些過程可以自發(fā)地朝某個方向進(jìn)行，而相反的過程，即使不違背能量守恒定律，我們也從未見到它們會自發(fā)地進(jìn)行。這就是說，一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是不可逆的。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。2024/9/119物理組熱力學(xué)第二定律一、熱力學(xué)第二定律2024/9/1110物理組熱力學(xué)第二定律（RudolfJuliusEmanuelClausius，1822年1月2日－1888年8月24日）1．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。2024/9/1111物理組“自發(fā)”二字的意義：當(dāng)兩個物體接觸時，不需要任何第三者的介入、不會對任何第三者產(chǎn)生任何影響，熱量就能從一個物體傳向另一個物體。當(dāng)兩個溫度不同的物體接觸時，這個“自發(fā)”的方向是從高溫物體指向低溫物體的。2024/9/1112物理組熱力學(xué)第二定律2．熱力學(xué)第二定律的開爾文表述：不可能從單一熱庫吸收，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響。開爾文（即：不可能制造這樣一臺機器，在一個循環(huán)動作后，只是從單一熱庫吸收熱量，使之完全變?yōu)楣?，而不引起其他變化?024/9/1113物理組熱機的工作過程①燃燒燃料工作物質(zhì)把自己的內(nèi)能變成機械能燃料中的化學(xué)能變成工作物質(zhì)的內(nèi)能②對外做功2024/9/1114物理組W<Q思考：假設(shè)能避免這些損失，熱機燃料產(chǎn)生的熱量Q=W？高溫?zé)釒霻1低溫?zé)釒霻2Q1Q2對外做功熱機W2024/9/1115物理組如果一臺熱機，效率為：

，熱機從熱源吸取的熱量Q1全部變成功W,該機器唯一的結(jié)果就是從單一熱源吸取熱量全部變成功而不產(chǎn)生其它影響。此時熱機的效率η＝1(100%)，

η＝1的熱機稱為第二類永動機。第二類永動機是不可能制造成功的。雖然它不違背熱力學(xué)第一定律，但它違背了熱力學(xué)第二定律的開爾文表述。2024/9/1116物理組熱力學(xué)第二定律的兩種表述之間的關(guān)系1、熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體.熱力學(xué)第二定律1、按熱傳遞的方向性來表述2、是按機械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程的方向來表述.兩種表述的實質(zhì)2、不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響.對任何一類宏觀過程進(jìn)行方向的說明，都可以作為熱力學(xué)第二定律的表述。例如：氣體向真空的自由膨脹是不可逆的。2024/9/1117物理組能源是有限的二、能源是有限的2024/9/1118物理組

自然界的一切變化，人類社會的所有活動，都伴隨著能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化，能量是一切物質(zhì)運動的源泉，是一切生命活動的基礎(chǔ)。柴薪時期煤炭時期石油時期2024/9/1119物理組

能量被其他物質(zhì)吸收之后變成周圍環(huán)境的內(nèi)能，我們無法把這些內(nèi)能收集起來重新利用。這種現(xiàn)象叫做能量的耗散?；瘜W(xué)能→電能電能→內(nèi)能和光能能量在數(shù)量上雖然守恒，但其轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化卻具有方向性?！纳⒃诃h(huán)境中2024/9/1120物理組高品質(zhì)：機械能、光能、化學(xué)能、電能低品質(zhì)：內(nèi)能轉(zhuǎn)化方向不可逆能源：其實是指具有高品質(zhì)的容易利用的儲能物質(zhì)例如石油、天然氣、煤等。所以要節(jié)約資源2024/9/1121物理組能量在數(shù)量上雖然守恒，但其轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化卻具有方向性。

每天我們使用的能源最后都轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能，能源消耗使得周圍環(huán)境升溫。分散在環(huán)境中的內(nèi)能不管數(shù)量多么巨大，它也只不過能使地球、大氣稍稍變暖一點，卻再也不能自動聚集起來驅(qū)動機器做功了。這樣的轉(zhuǎn)化過程叫作“能量耗散”。1、能量耗散2、品質(zhì)降低

機械能、光能、化學(xué)能、電能相對于周圍環(huán)境中的內(nèi)能來說