10.4_热力学第二定律

1、 10.4 热力学第二定律热力学第二定律 问题问题 热力学第一定律告诉我们：热力学第一定律告诉我们： 在一切热力学过程中能量必须守恒。在一切热力学过程中能量必须守恒。 满足能量守恒的过程是否都能实现呢？满足能量守恒的过程是否都能实现呢？ 思考与讨论：思考与讨论：P58 结论：结论：无数事实告诉我们：凡是实际无数事实告诉我们：凡是实际 的过程，只要涉及热现象，如热传递、的过程，只要涉及热现象，如热传递、 气体的膨胀、扩散、有摩擦的机械运气体的膨胀、扩散、有摩擦的机械运 动动都有特定方向。也就是说，都有特定方向。也就是说，一一 切与热现象有关的宏观自然过程都是切与热现象有关的宏观自然过程都是 不可

2、逆不可逆的。的。 克劳修斯表述指明热传导过程是克劳修斯表述指明热传导过程是不可逆不可逆 的。的。 理解：理解： （1）克劳修斯表述：）克劳修斯表述：热量不能热量不能自发地自发地从从 低温物体低温物体传到传到高温物体高温物体. 热力学第二定律的一种表述热力学第二定律的一种表述 高温高温低温低温 当两个物体接触时，不需要第三者介当两个物体接触时，不需要第三者介 入、不会对任何第三者产生影响，热量就能入、不会对任何第三者产生影响，热量就能 从一个物体传递到另外一个物体。从一个物体传递到另外一个物体。 自发：自发： 低温低温高温高温 自发自发 自发自发 电冰箱的内部温电冰箱的内部温 度比外部温度低，为

3、度比外部温度低，为 什么致冷系统还能不什么致冷系统还能不 断地把箱内热量传给断地把箱内热量传给 外界的空气？外界的空气？ 电冰箱工作时违反热力学第二定律吗？电冰箱工作时违反热力学第二定律吗？ 贮藏的贮藏的 食品食品 大气大气 电冰箱制电冰箱制 冷系统冷系统 热机热机：是一种把：是一种把内能内能转化为转化为机械能机械能的装置。的装置。 ( (汽油机、柴油机、蒸汽轮机、喷气发动机汽油机、柴油机、蒸汽轮机、喷气发动机 等）等） 一阶段：一阶段：燃料燃烧产生热量燃料燃烧产生热量 Q1（高温热源）（高温热源）（燃燃 料中化学能转化为工作物质的内能）料中化学能转化为工作物质的内能） 二阶段：二阶段：推动活

4、塞对外做推动活塞对外做 功功 W（工作物质内能工作物质内能 变成机械能）变成机械能） 热机能流图热机能流图 燃料产生燃料产生 的热量的热量Q 输出机输出机 械功械功W 漏气热损漏气热损 散热热损散热热损 摩擦热损摩擦热损 工作原理和过程：工作原理和过程： 效率效率：由能量守恒定律知道：由能量守恒定律知道 Q1 = W +Q2 热机的效率：热机的效率： 1 Q W 高温热库高温热库 低温热库低温热库 Q1 Q2 对外做功对外做功热机热机 W 热机的效率小热机的效率小 于于100%，就，就不不 可能把从高温可能把从高温 热源吸收的热热源吸收的热 量全部转化为量全部转化为 机械能机械能，总有，总有

5、一部分热量散一部分热量散 发到冷凝器或发到冷凝器或 大气中。大气中。 热机工作时的能流分配热机工作时的能流分配 例如例如; ;利用热机利用热机循环循环，吸热可对外作出功来吸热可对外作出功来但实际但实际 热机的循环除了热变功外，还必定有热机的循环除了热变功外，还必定有一定的热量从一定的热量从 高温热源传给低温热源高温热源传给低温热源，即产生了其它效果，即产生了其它效果 热全部变为功的过程也是有的，如，理想气体热全部变为功的过程也是有的，如，理想气体 等温膨胀。但在这一过程中除了气体从单一热源吸等温膨胀。但在这一过程中除了气体从单一热源吸 热完全变为功外，还引起了其它变化，即过程结束热完全变为功外

6、，还引起了其它变化，即过程结束 时，气体的体积增大了。时，气体的体积增大了。 开尔文表述：开尔文表述：不可能从单一热源吸取热量，不可能从单一热源吸取热量， 使之完全变成功而，不产生其他影响。使之完全变成功而，不产生其他影响。 热力学第二定律的另一种表述热力学第二定律的另一种表述 开尔文表述揭示机械能与内能转化方向开尔文表述揭示机械能与内能转化方向 性性机械能可以全部转化为内能，而内能无机械能可以全部转化为内能，而内能无 法全部用来做功以转换成机械能法全部用来做功以转换成机械能 定律的两种表述 v1.两种表述是等价的两种表述是等价的 可以从一种表述导出另一种表述，两种表述都称为热可以从一种表述导

7、出另一种表述，两种表述都称为热 力学第二定律力学第二定律 v2.对任何一类宏观过程进行方向的说明，都可以作为对任何一类宏观过程进行方向的说明，都可以作为 热力学第二定律的表述，例如：气体向真空的自由膨热力学第二定律的表述，例如：气体向真空的自由膨 胀是不可逆的。胀是不可逆的。 v3.热力学第二定律的意义热力学第二定律的意义 提示了有大量分子参与的宏观过程的提示了有大量分子参与的宏观过程的方向性方向性，是独立，是独立 于热力学第一定律的一个重要自然规律于热力学第一定律的一个重要自然规律 对热力学第二定律的理解对热力学第二定律的理解 问题：问题：任何物体都具有内能，在地球上贮存量任何物体都具有内能

8、，在地球上贮存量 十分丰富的海水总质量约达十分丰富的海水总质量约达1.41018吨，它的吨，它的 温度只要降低温度只要降低1，就能释放相当于，就能释放相当于1800万个万个 功率为功率为100万千瓦的核电站一年的发电量，足万千瓦的核电站一年的发电量，足 够全世界使用够全世界使用4000年。而人类都不能利用这年。而人类都不能利用这 种种“新能源新能源”，其原因是什么？你能用热学，其原因是什么？你能用热学 定律来解释吗？定律来解释吗？ 第二类永动机第二类永动机 第二类永动机：人们把想象中能够从单一热源吸收热第二类永动机：人们把想象中能够从单一热源吸收热 量，全部用来做功而不引起其他变化的热机叫做第

9、量，全部用来做功而不引起其他变化的热机叫做第 二类永动机。二类永动机。 v第二类永动机不可能制成！第二类永动机不可能制成！表示机械能和内能的转表示机械能和内能的转 化过程具有方向性尽管机械能可以全部转化为内化过程具有方向性尽管机械能可以全部转化为内 能，内能却不能全部转化成机械能，同时不引起其能，内能却不能全部转化成机械能，同时不引起其 他变化他变化 v第一类永动机和第二类永动机第一类永动机和第二类永动机 它们都不可能制成，第一类永动机的设想违反了能它们都不可能制成，第一类永动机的设想违反了能 量守恒定律；第二类永动机的设想虽不违反能量守量守恒定律；第二类永动机的设想虽不违反能量守 恒定律，但

10、违背了跟热现象相联系的宏观自然过程恒定律，但违背了跟热现象相联系的宏观自然过程 具有方向性的规律（热力学第二定律）。具有方向性的规律（热力学第二定律）。 热力学第二定律的另一种表述就热力学第二定律的另一种表述就 是：是：第二类永动机不可能制成。第二类永动机不可能制成。 小结小结 ： 例例1.1.下列说法正确的是下列说法正确的是 ( ) ( ) A A在自然条件下，热传递的过程是不在自然条件下，热传递的过程是不 可逆的可逆的 B B热量不可能由高温物体传递给低温热量不可能由高温物体传递给低温 物体物体 C C气体的扩散过程具有方向性气体的扩散过程具有方向性 D D一切形式能量转化都不具有方向性一

11、切形式能量转化都不具有方向性 AC 例例2.2.根据热力学第二定律，可知下列说法中根据热力学第二定律，可知下列说法中 正确的是（正确的是（ ） A A不可能从单一热源吸收热量并把它全部不可能从单一热源吸收热量并把它全部 用来做功，而不引起其它变化用来做功，而不引起其它变化 B B没有冷凝器，只有单一的热源，能将从没有冷凝器，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起其它的变化的热机是可实现的 C C致冷系统能将冰箱里的热量传给外界较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高温度的空气中而不引起其它变化 D D不可能使热量由低温物体传递到高温物不可能使热量由低温物体传递到高温物 体，而不引起其他变化体，而不引起其他变化 AD 例例3.3.根据热力学定律和分子动理论，可知下根据热力学定律和分子动理论，可知下 列说法中正确的是（列说法中正确的是（ ） A A我们可以利用高科技手段，将流散到周围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环境中的内能重新收集起来加以利用而不引 起其它变化起其它变化 B B利用浅层海水和深层海水之