第4节 热力学第二定律-2021-2022学年高二物理 课件（人教版2019选择性必修第三册）

一切自然过程必须符合能量守恒定律，那么符合能量守恒的宏观过程是否都能发生呢？能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体；在转化和转移过程中其总量不变，这就是能量守恒定律。第4节

热力学第二定律铁块的温度降低，水的温度升高，热量从铁块传到水，最终两者温度相同．将一块烧红的铁块投入冷水中，会发生什么现象？会不会低温的水再传点热量给高温的铁块，使铁块温度更高，水的温度更低？热量可以自发的从高温传给低温物体。热量可不可以自发的从低温物体传给高温物体？不可以热量可不可以从低温物体传给高温物体？可以电冰箱第4节

热力学第二定律电冰箱的内部温度比外部温度低，致冷系统还能不断地把箱内热量传给外界的空气FF气体可以自发膨胀到真空中气体可不可以自发回到左边形成真空呢？不可以气体可不可以回到左边形成真空呢？可以

一个在水平地面上的物体，由于克服摩擦力做功，最后要停下来。在这个过程中，物体的动能全部自发的转化成为内能。

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．不可以内能能不能转化为动能？可以蒸汽机第4节

热力学第二定律机械能和内能的转化过程具有方向性。机械能内能自发机械能内能自发×第4节

热力学第二定律无数生活中的事实告诉我们：凡是实际的过程，只要涉及热现象，都有特定方向。如

热量自发从高温传到低温

水自发从高处流向低处

气体自发向真空中膨胀

两种气体自发扩散混合均匀

机械能自发全部转化为热能一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。一、宏观过程的方向性第4节热力学第二定律2.表现：1.内容：一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。热传递具有方向性气体扩散具有方向性机械能内能转化具有方向性气体向真空中膨胀具有方向性

凡是与热现象有关的过程都具有方向性，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。

德国物理学家和数学家克劳修斯(热力学的主要奠基人之一)敏锐的察觉到能量在转化或转移过程中，不仅总量遵循守恒，还存在方向性的问题。其中首次明确指出热力学第二定律的基本概念。1.克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。阐述的是传热的方向性。一、宏观过程的方向性第4节

热力学第二定律二、热力学第二定律思维拓展热传递的方向性能否简单理解为“热量不会从低温物体传给高温物体”？

答案不能。只是不会自发进行机械能与内能转化也有方向性机械能可以自发全部转化为内能内能可不可以转化为动能？可以热机内能不会自发的全部转化为机械能蒸汽轮机蒸汽机柴油机喷气发动机汽油机热机：是一种把内能转化为机械能的装置。思考：绝热汽缸和活塞内部有通电的电阻丝，内部封闭一定质量的理想气体而处于平衡状态，现对电阻丝通电，气体吸收一部分热量Q而对外缓慢做功。它能将吸收的热全部用来做功吗？PP0

体积增大，温度必然升高，也就是说它无法自发的把吸收的内能全部转化成机械能。必然还有一部分用来增加它的内能。

威廉·汤姆逊即开尔文。因为他在科学上的成就和对大西洋电缆工程的贡献，获英女皇授予开尔文勋爵衔,后世改称他为开尔文.他对热力学第一定律及热力学第二定律的建立作出重大的贡献。他利用卡诺循环建立绝对温标，他重新设定水的熔点为273.7度；沸点为373.7度。为了纪念他的贡献，绝对温度的单位以开尔文(Kelvin,K)来命名。

他在1851年发表题为“热动力理论”的论文，敏锐的察觉出机械能可以全部自发的转化成内能，但内能不能全部自发的转化为机械能写出热力学第二定律的开尔文表述。1.克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。阐述的是传热的方向性。一、宏观过程的方向性第4节

热力学第二定律二、热力学第二定律2.开尔文表述：不可能从单一热库吸收的热量，使之完全变成功，而不产生其它影响。阐述的是内能与机械能转化的方向性。热源冷凝器或大气吸热Q1放热Q2热机做功W效率η=wQ1根据开尔文表述：热机自己是无法把从单一热源吸收的热量Q1全部用来做功的。但历史上有人想让热机效率能达到100℅，称之为第二类永动机热机1.克劳修斯表述:一、宏观过程的方向性第4节

热力学第二定律二、热力学第二定律2.开尔文表述:注意：热力学第二定律不适用于少量的微观体系，也不能把它扩展到无限的宇宙。3.其它表述:(1)一切宏观自然过程的进行都具有方向性。(2)气体向真空的自由膨胀是不可逆的。(3)第二类永动机是不可能制成的。第一表述：按热传递的方向性来表述第二表述：是按机械能与内能转化过程的方向来表述。两种表述的实质它们的实质是相同的，都涉及的是与热现象有关的宏观过程，只是角度不同。

开尔文创建了热力学温标，表明宇宙存在着温度的下限：-273.150C。以这个下限为起点的温度叫热力学温度，用T表示，单位是开尔文，符号是K。T=t+273.15K热力学第三定律：绝对零度不可达到氢弹爆炸中心108K实验室已获得的最高温度6×107K太阳中心1.5×107K地球中心4×103K乙炔火焰2.9×103K金的凝固点1337.33K锡的凝固点505.078K月球的向阳面4×102K地球上出现的最高温度331K地球上出现的最低温度185K月球的背阴面90K氮的沸点77K氦的沸点4.2K星际空间2.7K实验室已获得的最低温度2.4×10-11K一些实际的温度值思考判断(1)热量不能从低温物体传到高温物体。(

)(2)不可逆过程指的是某过程只沿某个方向发生，而不可能在没有外界影响(或不产生其他影响)的情况下沿相反方向发生。(

)(3)内能不可能完全转化为机械能。(

)(4)一切形式的能量间的相互转化都不具有可逆性。(

)×√××[精典示例][例1]

(多选)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，而不引起其他变化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，而不引起其他变化的热机是可以实现的C.制冷系统将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气中，而不引起其他变化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[针对训练1]

(多选)我们学习过的很多物理过程在实际中有的是可以实现的，有些却不可以实现，下列所给的一些物理过程中，可能实现的有(

) A.水温自然下降时，释放的内能全部转化为机械能 B.利用不同深度的海水温度来制造一种机器，把海水的内能转化为机械能 C.在粗糙水平面上运动的物体，它的动能转化为内能，使物体温度升高 D.静止在光滑水平面上的物体，温度降低时释放的内能可以转化为物体的动能，使物体运动起来BC[精典示例][例2]

关于热力学第一定律和热力学第二定律，下列论述正确的是(

)A.热力学第一定律指出内能可以与其他形式的能相互转化，而热力学第二定律则指出内能不可能完全转化为其他形式的能，故这两条定律是相互矛盾的B.内能可以全部转化为其他形式的能，只是会产生其他影响，故两条定律并不矛盾C.两条定律都是有关能量转化的规律，它们不但不矛盾，而且没有本质区别D.其实，能量守恒定律已经包含了热力学第一定律和热力学第二定律B[针对训练2]

关于两类永