4.熱力學第二定律.pptx

1、4熱力學第二定律,第十章熱力學定律,學習目標 1.通過自然界中客觀過程的方向性，了解熱力學第二定律. 2.了解熱力學第二定律的兩種不同表述，以及兩種表述的物理實質. 3.了解什么是第二類永動機，知道為什么它不能制成. 4.能運用熱力學第二定律解釋自然界中的能量轉化、轉移以及宏觀自然過程的方向性問題.,內(nèi)容索引,自主預習 預習新知 夯實基礎,重點探究 啟迪思維 探究重點,達標檢測 檢測評價 達標過關,自主預習,一、熱力學第二定律的克勞修斯表述 1.熱傳導的方向性：一切與熱現(xiàn)象有關的宏觀自然過程都是 . 2.熱力學第二定律的克勞修斯表述：德國物理學家克勞修斯在1850年提出：熱量不能自發(fā)地從 物體

2、傳到 物體.熱力學第二定律的克勞修斯表述，闡述的是傳熱的 .,不可逆的,高溫,低溫,方向性,二、熱力學第二定律的開爾文表述 1.熱機 (1)熱機工作的兩個階段：第一個階段是燃燒燃料，把燃料中的 變成工作物質的 .第二個階段是工作物質對外 ，把自己的內(nèi)能變成 . (2)熱機的效率：熱機輸出的 與燃料產(chǎn)生的 的比值，用公式 表示為 .熱機的效率不可能達到100%. 2.開爾文表述：不可能從單一熱庫吸收熱量，使之，而不產(chǎn)生其他影響.(該表述闡述了機械能與內(nèi)能轉化的方向性),化學能,內(nèi)能,做功,機械能,機械功,熱量,完全變成功,3.熱力學第二定律的其他描述 (1)一切宏觀自然過程的進行都具有 . (2

3、)氣體向真空的自由膨脹是 的. (3)第二類永動機是不可能制成的. 4.第二類永動機 (1)定義：只從 熱庫吸收熱量，使之完全變?yōu)楣Χ灰鹌渌兓臒釞C. (2)第二類永動機不可能制成的原因：雖然第二類永動機不違反_ ，但大量的事實證明，在任何情況下，熱機都不可能只有一個熱庫，熱機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熱庫.,方向性,不可逆,單一,能量守恒,定律,1.判斷下列說法的正誤. (1)一切與熱現(xiàn)象有關的宏觀自然過程都是不可逆的.() (2)熱量不會從低溫物體傳給高溫物體.() (3)機械能可以完全轉化為內(nèi)能.() (4)內(nèi)能不可能完全轉化為機械能.()

4、(5)可以從單一熱庫吸收熱量，使之完全變?yōu)楣?() (6)第二類永動機違背了能量守恒定律.(),即學即用,答案,2.熱量總是自發(fā)地從高溫物體傳遞給低溫物體，這說明熱傳遞過程具有_.冰箱工作時，能把冰箱內(nèi)的熱量傳遞到冰箱外，這_(填“違反”或“不違反”)熱力學第二定律.,答案,方向性,不違反,重點探究,一、對熱力學第二定律的兩種理解,導學探究,(1)熱傳遞的方向性能否簡單理解為“熱量不會從低溫物體傳給高溫物體”？,答案不能.兩個溫度不同的物體相互接觸時，熱量會自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體，使高溫物體的溫度降低，低溫物體的溫度升高，這個過程是自發(fā)進行的，不需要任何外界的影響或者幫助，有時我們也能實

5、現(xiàn)熱量從低溫物體傳給高溫物體，如電冰箱，但這不是自發(fā)地進行的，需要消耗電能.,答案,(2)如圖1所示是制冷機和熱機的工作過程示意圖，通過此圖思考以下問題： 制冷機工作時熱量是自發(fā)地從低溫熱庫傳到高溫熱庫嗎？ 熱機工作時能否將從高溫熱庫吸收的熱量全部用來做功？,答案不是 答案不能,答案,圖1,知識深化,1.自然過程的方向性 (1)熱傳導具有方向性 兩個溫度不同的物體相互接觸時，熱量會自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體，而低溫物體不可能自發(fā)地將熱量傳給高溫物體，要實現(xiàn)低溫物體向高溫物體傳遞熱量，必須借助外界的幫助，因而產(chǎn)生其他影響或引起其他變化. (2)氣體的擴散現(xiàn)象具有方向性 兩種不同的氣體可以自發(fā)地

6、進入對方，最后成為均勻的混合氣體，但這種均勻的混合氣體，決不會自發(fā)地分開，成為兩種不同的氣體.,(3)機械能和內(nèi)能的轉化過程具有方向性 物體在水平面上運動，因摩擦而逐漸停止下來，但絕不可能出現(xiàn)物體吸收原來傳遞出去的熱量后，在地面上重新運動起來. (4)氣體向真空膨脹具有方向性 氣體可自發(fā)地向真空容器內(nèi)膨脹，但絕不可能出現(xiàn)氣體自發(fā)地從容器中流出，使容器內(nèi)變?yōu)檎婵?,2.在熱力學第二定律的表述中，“自發(fā)地”、“不產(chǎn)生其他影響”、“單一熱庫”、“不可能”的涵義 (1)“自發(fā)地”是指熱量從高溫物體“自發(fā)地”傳給低溫物體的方向性.在傳遞過程中不會對其他物體產(chǎn)生影響或借助其他物體提供能量等. (2)“不產(chǎn)

7、生其他影響”的涵義是發(fā)生的熱力學宏觀過程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學方向的影響.如吸熱、放熱、做功等. (3)“單一熱庫”：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，則構成機器的工作物質可以在不同溫度的兩部分之間工作，從而可以對外做功.據(jù)報道，有些國家已在研究利用海水上下溫度不同來發(fā)電.,(4)“不可能”：實際上熱機或制冷機系統(tǒng)循環(huán)終了時，除了從單一熱庫吸收熱量對外做功，以及熱量從低溫熱庫傳到高溫熱庫以外，過程所產(chǎn)生的其他一切影響，不論用任何的辦法都不可能加以消除. 特別提醒(1)熱力學第二定律的兩種表述是等效的. (2)熱力學第二定律的實質：熱力學第二

8、定律的每一種表述，都揭示了大量分子參與宏觀過程的方向性，使人們認識到自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性.,解析能量轉移和轉化的過程都是具有方向性的，A對； 第二類永動機不違背能量守恒定律，但是不能實現(xiàn)，B錯； 在熱傳遞的過程中，能量可以自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體，但其逆過程不可能自發(fā)地進行，C對，D錯.,例1(多選)下列說法中正確的是 A.一切涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性 B.一切不違背能量守恒定律的物理過程都是可能實現(xiàn)的 C.由熱力學第二定律可以判斷物理過程能否自發(fā)進行 D.一切物理過程都不可能自發(fā)地進行,答案,解析,例2(多選)根據(jù)熱力學第二定律可知，下列說法中正確的是

9、A.不可能從單一熱庫吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化 B.沒有冷凝器，只有單一的熱庫，能將從單一熱庫吸收的熱量全部用來 做功，而不引起其他變化的熱機是可以實現(xiàn)的 C.制冷系統(tǒng)將冰箱里的熱量傳給外界較高溫度的空氣中，而不引起其他 變化 D.不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其他變化,答案,解析,解析熱力學第二定律揭示了與熱現(xiàn)象有關的物理過程的方向性，機械能和內(nèi)能的轉化過程具有方向性，機械能可以全部轉化為內(nèi)能，而內(nèi)能要全部轉化為機械能必須借助外部的幫助，即會引起其他變化，A選項正確，B選項錯誤； 熱傳遞過程也具有方向性，熱量能自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體，但是熱量要從低溫物

10、體傳到高溫物體，必然要引起其他變化(外界對系統(tǒng)做功)，故C選項錯誤，D選項正確.,1.一切物理過程均遵守能量守恒定律，但遵守能量守恒定律的物理過程不一定均能實現(xiàn). 2.熱力學第二定律的兩種表述分別對應著一種“不可能”，但都有一個前提條件“自發(fā)地”或“不產(chǎn)生其他影響”，如果去掉這種前提條件，就都是有可能的.例如電冰箱的作用就是使熱量從低溫物體傳到高溫物體，等溫膨脹就是從單一熱庫吸收熱量，使之完全用來做功.但不是自發(fā)地或是產(chǎn)生了其他影響.,二、熱力學第一定律和熱力學第二定律的比較,1.兩個定律比較 熱力學第一定律是能量守恒定律在熱力學中的具體表現(xiàn)形式，在轉化的過程中，總的能量保持不變.熱力學第二定

11、律是指在有限的時間和空間內(nèi)，一切和熱現(xiàn)象有關的物理過程、化學過程都具有不可逆性. 2.兩類永動機的比較 第一類永動機：不消耗任何能量，可以不斷做功(或只給予很小的能量啟動后，可以永遠運動下去). 第二類永動機：將內(nèi)能全部轉化為機械能，而不引起其他變化(或只有一個熱源，實現(xiàn)內(nèi)能與機械能的轉化).,3.第一類永動機和第二類永動機都不可能制成 第一類永動機的設想違背了能量守恒定律；第二類永動機的設想不違背能量守恒定律，但違背了熱力學第二定律.,例3關于熱力學第一定律和熱力學第二定律，下列論述正確的是 A.熱力學第一定律指出內(nèi)能可以與其他形式的能相互轉化，而熱力學第 二定律則指出內(nèi)能不可能完全轉化為其

12、他形式的能，故這兩條定律是 相互矛盾的 B.內(nèi)能可以全部轉化為其他形式的能，只是會產(chǎn)生其他影響，故兩條定 律并不矛盾 C.兩條定律都是有關能量轉化的規(guī)律，它們不但不矛盾，而且沒有本質 區(qū)別 D.其實，能量守恒定律已經(jīng)包含了熱力學第一定律和熱力學第二定律,答案,解析,解析熱力學第一定律是能量守恒定律在熱現(xiàn)象中的體現(xiàn)，而熱力學第二定律則指出內(nèi)能和其他形式的能發(fā)生轉化的方向性，兩者并不矛盾，選項A、C、D錯誤，B正確.,例4下列說法正確的是 A.第二類永動機違背了能量守恒定律 B.第二類永動機違背了熱力學第二定律 C.根據(jù)能量守恒定律，經(jīng)過不斷的技術改造，熱機的效率有可能達到 100% D.電冰箱和

13、空調(diào)機工作時，熱量從低溫熱源傳到高溫熱源，違背了熱力 學第二定律,答案,解析,解析第二類永動機沒有違背能量守恒定律，但違背了熱力學第二定律，A錯誤，B正確； 熱機的效率永遠小于100%，因為要向低溫熱源散熱，C錯誤； 電冰箱和空調(diào)機工作時，是通過壓縮機做功，來實現(xiàn)熱量從低溫熱源到高溫熱源的傳遞，所以并沒有違背熱力學第二定律，D錯誤.,達標檢測,1,2,3,1.(宏觀過程的方向性)(多選)下列哪個過程具有方向性 A.熱傳導過程 B.機械能向內(nèi)能的轉化過程 C.氣體的擴散過程 D.氣體向真空中的膨脹,答案,解析,4,解析這四個過程都是與熱現(xiàn)象有關的宏觀過程，它們都具有方向性.,2.(對熱力學第二定

14、律的理解)(多選)根據(jù)熱力學第二定律，下列判斷正確的是 A.電能不可能全部變?yōu)閮?nèi)能 B.在火力發(fā)電機中，燃氣的內(nèi)能不可能全部變?yōu)殡娔?C.熱機中，燃氣內(nèi)能不可能全部變?yōu)闄C械能 D.在熱傳導中，熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫物體,1,2,3,4,答案,解析,1,2,3,4,解析根據(jù)熱力學第二定律可知，凡與熱現(xiàn)象有關的宏觀過程都具有方向性，電能可全部變?yōu)閮?nèi)能(由焦耳定律可知)，而內(nèi)能不可能全部變成電能，而不產(chǎn)生其他影響.機械能可全部變?yōu)閮?nèi)能，而內(nèi)能不可能全部變成機械能.在熱傳導中，熱量只能自發(fā)地從高溫物體傳遞給低溫物體，而不能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫物體.,3.(對熱力學第二定律的理解)下

15、列說法正確的是 A.機械能全部變成內(nèi)能是不可能的 B.第二類永動機不可能制造成功是因為能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會 憑空消失，只能從一個物體轉移到另一個物體，或從一種形式轉化 成另一種形式 C.根據(jù)熱力學第二定律可知，熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體 D.從單一熱源吸收的熱量全部變成功是可能的,答案,解析,1,2,3,4,解析機械能可以全部轉化為內(nèi)能，故A錯； 第二類永動機不可能制造成功是因為它違背了熱力學第二定律，故B錯； 熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，但如果不是自發(fā)地，是可以進行的，故C錯； 從單一熱源吸收熱量全部用來做功而不引起其他變化，是不可能的，但如果是從單一熱源吸收熱量全部變?yōu)楣Φ耐瑫r也引起了其他的變化，是可能的，故D項對.,1,2,3,4,4.(對熱力學第一定律和第二定律的理解)(多選)圖2為電冰箱的工作原理示意圖.壓縮機工作時，強迫制冷劑在冰箱內(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