高中物理 选择性必修三 第10章 第四节 热力学第二定律 课件

1、10.4热力学第二定律 平冈中学 周仁武 把刚煮好的热鸡蛋放在冷水中，过一会儿，鸡蛋的温度降低，水的温度升高，最后水和鸡蛋的温度相同。是否可能发生这样的現象:原来温度相同的水和鸡蛋过一会儿水的温度自发的降低而鸡蛋温度自发上升，生蛋变成熟蛋？ 热量自发地由高温物体向低温物体传递的过程是不可逆的。2、一滴墨水滴进一杯清水中，不久整杯水都均匀与地变黑了。有没有这样的逆过程:这杯均匀墨水中的小碳粒又自发地聚集在一起，成为一滴墨水，而其余部分又成了清水?扩散现象进行是有方向的,过程是不可逆的。3、在平地上滚动的足球克服摩擦力做功，其动能转化为内能，最终停了下来，同时足球、地面及周圆空气的温度略有上升。会

2、不会有这样的现象:静止的足球和地面周国的空气自发地降低温度释放内能，并将释放出的内能全部转化为动能，让足球又滚动起来? 功可以自动转化为热，但热却不能自动转化为功。通过摩擦做功生热的过程是不可逆的。4、装着压缩气体的钢瓶，打开阀门后会听到哧一声，气体到外面。会不会有这样的现象：外面的气体自发地进入钢瓶，是瓶内的压强变大？气体膨胀(绝热自由膨胀)的过程是不可逆的。热量传递、扩散现象、功转热、气体膨胀都是单方向进行，逆过程是不可能自然发生的。它们违背能量守恒定律了吗？ 能量守恒定律告诉我们，在自然界发生的一切过程中能量都是守恒的，一个导致能量创生或能量消灭的过程是不可能出现的。然而，并不是所有符合

3、能量守恒定律的宏观过程都能真的发生。 无数事实告诉我们，一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。物体间的传热气体的膨胀扩散现象有摩擦的机械运动热现象都有特定的方向温度由高到低体积由大到小由密到疏由功到热一、热力学第二定律的一种表述 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。1、克劳修斯表述： 按热传递的方向性来表述：热量不能自发从低温物体传到高温物体。 当两个物体接触时，不需要第三者介入、也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。低温高温自发理解“自发”：高温低温自发 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

4、？继续降温，直至达到设定的温度。电冰箱工作时违反热力学第二定律吗？贮藏的食品大气电冰箱制冷系统热量热量电源做功 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。 在劳的讲法中，指出了在自然条件下热量只能从高温物体向低温物体转移，而不能由低温物体自动向高温物体转移，也就是说在自然条件下，这个转变过程是不可逆的。要使热传递方向倒转过来，只有靠做功来实现。 高温低温自发第三者做功热机：是一种把内能转化为机械能的装置。工作原理和过程：第一阶段燃料燃烧，把化学能转化为内能尾气排放等Q损第二阶段工作质对

5、外做功，把内能转化为机械能。Q热机W二、热力学第二定律的另一种表述由能量守恒定律知道 Q = W +Q损热机的效率燃料产生的热量Q输出机械功W漏气热损散热热损摩擦热损效率：Q损 如果没有漏气、没有摩擦，也没有机体热量的损失，这样的热机的效率是不是100？行驶过程中，热机燃料在燃烧，（高温）空气，它的温度怎么样都比气缸内的温度低吧，（低温）自发传热 所以热机必然会有损耗，这样的热机的效率永远不是100？高温热库低温热库提供高温热源的地方内燃机从汽缸获取热量，锅炉、汽缸热量流向低温的地方冷凝器、大气高温热库QW 热机工作时从高温热库吸收的热量，只有一部分用来做W，转变为机械能，另一部分部分热量要排

6、放给低温热库(冷凝器或大气)。也就是说，热机用于做功的热量一定小于它从高温热库吸收的热量，W Q 。2、热力学第二定律开尔文表述： 不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。 在开的讲法中指出，自然界中任何形式的能都会很容易地变成热，而反过来热却不能在不产生其他影响的条件下完全变成其他形式的能，从而说明了这种转变在自然条件下也是不可逆的。热机能连续不断地将热变为机械功，一定伴随有热量的损失。任何形式的能热很容易对第三者有影响开尔文表述阐述了机械能与内能转化的方向性： 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。 热力学第二定律的上述两种表述是等价的，可以从

7、其中一种表述推导出另一种表述。1、克劳修斯表述： 按热传递的方向性来表述：热量不能自发从低温物体传到高温物体。2、卡尔文表述： 不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。（效率）思考与讨论 有可能制成第二类永动机吗？ 地球上海水的总质量达1.41021kg。如果制造一种机器，把这些海水的温度降低1，放出的热量就达91018kWh，足够全世界使用4000年。这个设想不违背能量守恒定律，但是不能实现，所以这类机器叫做第二类永动机。前面学到的，违背能量守恒定律的永动机，叫做第一类永动机。 学过热力学第二定律之后，你能说出为什么不能制成第二类永动机吗?三、永动机不可能制成1、 第二类

8、永动机：从单一热源吸收热量，全部用来做功而不引起其它变化。 原因：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）。2、热力学第二定律的另一种表达：第二类永动机是不可能造成的。四、热力学第一、第二定律的比较规律区别联系热力学第一定律热力学第二定律区别热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的体现，否定了创造能量和消灭能量的可能性，从而否定了第一类永动机热力学第二定律反映了一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，从而否定了第二类永动机联系两定律都是热力学基本定律，分别从不同角度揭示了与热现象有关的物理过程所遵循的规律，二者相互独立，又相互补充，都是热力学的理论基础2.两类永动机的比较比较项第一类永动机第二类永动机设计要求不消耗任何能量，可以不断地对外做功(或只给予很小的能量启动后，可以永远