人教版高中物理选修性必修第三册 3.4热力学第二定律 课件

热力学第二定律 将一块烧红的铁块投入冷水中，会发生什么现象？铁块的温度降低，水的温度升高，最终两者温度相同。会不会出现铁块温度更高，水的温度更低的情况？ 电冰箱的内部温度比外部温度低，为什么致冷系统还能不断地把箱内热量传给外界的空气？因为电冰箱消耗了电能，对制冷系统做了功，一旦切断电源，电冰箱就不能把其内部的热量传给外界的空气了。相反，外界的热量会自发地传给电冰箱，使其温度逐渐升高。 电冰箱制冷系统贮藏的食品大气热量热量电源做功 热传导的过程是有方向性的，这个过程可以向一个方向自发地进行，但是向相反的方向却不能自发地进行。要实现相反方向的过程，必须借助外界的帮助，因而产生其它影响或引起其它变化。热传导的方向性 思考：均匀混合的空气与溴气过一段时间会不会自发地变的界线分明？气体扩散具有方向性 一个在水平地面上运动的物体，由于克服摩擦力做功，最后要停下来。在这个过程中，物体的动能转化成为内能，使物体和地面的温度升高。 我们能不能看到这样的现象：一个放在水平地面上的物体，靠降低温度，可以把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来。 有人提出这样一种设想，发明一种热机，用它把物体与地面摩擦所生的热量都吸收过来并对物体做功，将内能全部转化为动能，使因摩擦停止运动的物体在地面上重新运动起来，而不引起其它变化。 一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。在物理学中，反映宏观自然过程的方向性的定律就是热力学第二定律。共同特征： 1．热力学第二定律的克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。一、热力学第二定律（RudolfJuliusEmanuelClausius，1822年1月2日－1888年8月24日）（1）在不引起其它的变化的条件下，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体。（2）热量可以从低温物体传到高温物体上，但会引起其它变化，比如冷机做功。说明： 例题1：下列说法中，正确的是（）A．一切形式的能量间的相互转化都具有方向性B．热量不可能由低温物体传给高温物体C．气体的扩散过程具有方向性D．一切形式的能量间的相互转化都不具有可逆性C 一、热力学第二定律第一个阶段是燃烧燃料，把燃料中的化学能变成工作物质的内能；第二个阶段是工作物质对外做功，把自己的内能变成机械能。热机 一、热力学第二定律2．热力学第二定律的开尔文表述：不可能从单一热库吸收，使之完全变成功，而不产生其他影响。（1）不仅要从一个热库吸热，而且一定会向另一个热库放热。（2）机械能可以全部转化成内能，但这个过程是不可逆的。说明： 一、热力学第二定律热力学第二定律两种表述的比较开尔文表述实质说明功变热过程的不可逆性，克劳修斯表述则说明热传导过程的不可逆性，两种表述是等价的，可用反证法证明。违背开尔文表述一定违背克劳修斯表述如果开尔文表述不成立，可制成一个单热源热机，将它同另一个制冷机组成复合机，如图所示，其总效果相当于一个无功致冷机，于是克劳修斯表述也就不成立。 一、热力学第二定律3．热力学第二定律的实质热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。4．与热力学第一定律的关系热力学第一定律是和热现象有关的物理过程中能量守恒的特殊表达形式，说明功及热量与内能改变的定量关系，而第二定律指出了能量转化与守恒能否实现的条件和过程进行的方向，指出了一切变化过程的自然发展方向不可逆，除非靠外界影响。所以二者相互独立，又相互补充。 例题2：根据热力学第二定律，可知下列说法中正确的有（）A．热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体B．热量能够从高温物体传到低温物体，也可能从低温物体传到高温物体C．机械能可以全部转化为热能，但热能不可能全部转化为机械能D．机械能可以全部转化为热能，热能也可能全部转化为机械能BD 二、能源是有限的能量在数量上虽然守恒，但其转移和转化却具有方向性。在各种各样的活动中，机械能、电能、光能、声能、化学能、核能、生物能……最终都转化成内能，流散到周围的环境中。根据热力学第二定律，分散在环境中的内能不管数量多么巨大，它也只不过能使地球、大气稍稍变暖一点，却再也不能自动聚集起来驱动机器做功了。这样的转化过程叫作“能量耗散”。能源的使用过程中虽然能的总量保持守恒，但能量的品质下降了。虽然能量总量不会减少，但能源会逐步减少，因此能源是有限的资源。 三、熵与熵增加原理自然界的很多过程是不可逆的例如，一个容器被隔板均分为A、B两部分，一定量的气体处于容器A中，而B为真空。抽取隔板K，A中的气体就会扩散到B中，最后整个容器的A、B两部分都均匀地分布了这种气体。这个过程显然是不可逆的。1850年，克劳修斯首次提出熵的概念，熵可用来表达一个系统的无序程度，系统从有序向无序的发展过程中熵在增加。在物理学中，不与外界进行物质和能量交换的系统叫作孤立系统。在自发过程中，系统总是自发地向无序方向发展，即一个孤立系统的熵值总是不减少的，这就是熵增加原理。 1．下列说法正确的是（）A．机械能全部变成内能是不可能的B．第二类永动机不可能制造成功的原因是因为能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一个物体转移到另一个物体，或从一种形式转化成另一种形式C．根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体D．从单一热源吸收的热量全部变成功是可能的D 2．根据热力学第二定律，下列判断正确的（）A．热机中燃气的内能不可能全部变成机械能B．电流的能不可能全部变成内能C．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变成电能D．在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体ACD 3．下列说法正确的是（）A．在自然条件下，热传递的过程是不可逆的B．热量不可能由高温物体传递给低温物体C．气体的扩散过程具有方向性D．一切形式能量转化都不具有方向性AC 4．下列说法中可行的是（）①将地球上所有海水的温度降低0.1℃，以放出大量内能供人类使用②制造一种机器，把物体与地面摩擦所产生的热量全部收集起来再全部加以使用③建造一只可以从海洋中提取热量的船，把热量转化为机械能，驱动螺旋桨旋转④制造一种效率为100％的热机A．①可行B．①④可行C．②④可行D．①②③④都不可行D 5．根据热力学第二定律，可知下列说法中正确的是（）A．不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其它变化B．没有冷凝器，只有单一的热源，能将从单一热源吸收的热量全部用来做功，而不引起其它的变化的热机是可实现的C．致冷系统能将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气中而不引起其它变化D．不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化AD 6．根据热力学定律和分子动理论，可知下列说法中正确的是（　）A．我们可以利用高科技手段，将流散到周围环境中的内能重新收集起来加以利用而不引起其它变化B．利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能，这在原理上是可行的C．分子间的作用力总是随分子间的距离增大而减小D．温度升高时，物体中每个分子的运动速率都将增大B