《热力学第二定律》教学

热力学第二定律[目标定位]

1.通过自然界中客观过程的方向性，了解热力学第二定律．2.了解热力学第二定律的两种不同表述，以及两种表述的物理实质．3.了解什么是第二类永动机，知道为什么它不能制成．4.了解热力学第二定律的微观实质．5.了解熵是反映系统无序程度的物理量．一、热传导的方向性1．两个温度不同的物体互相接触时，热量会自发地从物体传给物体，但不会自发地从物体传给物体．这明：热传导过程是有的．2．热力学第二定律是一条反映自然界过程进行和的规律．高温低温低温高温方向性方向条件二、机械能和内能转化过程的方向性1．机械能和内能转化过程具有性，即机械能全部转化为内能的过程是可以进行的，内能全部转化为机械能的过程，是不能进行的，要将内能全部转化为机械能，必然会引起其他影响．2．第二类永动机 (1)定义 从吸热全部用来，而不引起其他变化的热机． (2)第二类永动机不可能制成的原因是它违背了

定律．方向自发自发单一热源做功热力学第二三、热力学第二定律的表述1．第一种表述(克劳修斯表述)：热量不能从低温物体传递到高温物体．(按照热传导的方向性来表述的)．2．第二种表述(开尔文表述)：不可能从吸收热量并把它全部用来，而不引起其他变化．(按照机械能与内能转化过程的方向性来表述的) 热力学第二定律的这两种表述是的．热现象的宏观过程都具有．自发地单一热源做功等价方向性3．自然界中一切与有关的自然过程都具有方向性．

想一想热传导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．“自发地”是指没有第三者影响，例如空调、冰箱等制冷机就是把热量从低温物体传到了高温物体，但是也产生了影响，即外界做了功．热现象四、热力学第二定律的微观实质1．做功是与分子群体的运动联系在一起的，内能是和分子的运动联系在一起的，机械能转化为内能的过程，从微观上来说，是大量分子的运动朝运动的方向转换的过程，其相反方向的过程是大量分子从运动朝运动方向转换的过程．2．热传导过程是使物体内部分子的热运动由比较

的状态向的状态转化的过程．无序有序有序无序无序有序有序无序3．热力学第二定律的微观实质与热现象有关的自发的宏观过程，总是朝着分子热运动状态增加的方向进行的．五、熵 意义：描述物体的无序程度，物体内部分子热运动无序程度越高，物体的熵就.无序性越大一、宏观过程的方向性1．热传导具有方向性：两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，结果使高温物体的温度降低，低温物体的温度升高．2．气体的扩散现象具有方向性：两种不同的气体可以自发地进入对方，最后成为均匀的混合气体，但这种均匀的混合气体，决不会自发地分开，成为两种不同的气体．3．机械能和内能的转化过程具有方向性：物体在水平面上运动，因摩擦而逐渐停止下来，但绝不可能出现物体吸收原来传递出去的热量后，在地面上重新运动起来．4．气体向真空膨胀具有方向性：气体可自发地向真空容器膨胀，但绝不可能出现气体自发地从容器中流出，容器变为真空．5．在整个自然界中，无论有生命的还是无生命的，所有的宏观自发过程都具有单向性，都有一定的方向性，都是一种不可逆过程．例1

(双选)下列说法正确的是 (

) A．热量能自发地从高温物体传给低温物体 B．热量不能从低温物体传到高温物体 C．热传递是自发的双向的 D．气体向真空中膨胀的过程是有方向性的 答案AD解析如果是自发地进行，热量只能从高温物体传到低温物体，但这并不是说热量不能从低温物体传到高温物体，只是不能自发地进行，在外界条件的帮助下，热量也能从低温物体传到高温物体，A对，B、C错；气体向真空中膨胀的过程也是不可逆，具有方向性的，D对．借题发挥两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，使高温物体的温度降低，低温物体的温度升高，这个过程是自发进行的，不需要任何外界的影响或者帮助，有时我们也能实现热量从低温物体传给高温物体，如电冰箱，但这不是自发地进行的，需要消耗电能，其实自然界中所有的热现象都是具有单向性的．二、热力学第二定律和熵1．克劳修斯表述是按热传导的方向性表述的．热量可以由低温物体传到高温物体但不能是自发的，如：冰箱、空调．2．开尔文表述是按照机械能与内能转化过程的方向性来表述的．不是不能从单一热库吸收热量而对外做功，而是这样做的结果，一定伴随着其他变化或影响．3．这两种表述看似毫无联系，其实是等价的，可以从一种表述导出另一种表述．4．热力学第二定律揭示了自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性．5．熵较大的宏观状态就是无序性较大的宏观状态，在自发过程中熵总是增加的，即向无序性增加的方向进行．6．从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律：一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，而熵值较大代表着较为无序，所以自发的宏观过程总是向无序度更大的方向发展．例2

(双选)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，而不引起其他变化答案AD解析热力学第二定律揭示了与热现象有关的物理过程的方向性，机械能和内能的转化过程具有方向性，机械能可以全部转化为内能，而内能要转化为机械能必须借助外部的帮助，即会引起其他变化，A选项正确、B选项错误；热传递过程也具有方向性，热量能自发地从高温物体传给低温物体，但是热量要从低温物体传到高温物体，必然要引起其他变化(外界对系统做功)，故C选项错误、D选项正确．借题发挥(1)一切物理过程均遵守能量转化与守恒定律，但遵守能量守恒的物理过程不一定均能实现．(2)热力学第二定律的关键在于“自发性”和“方向性”．例3

(双选)下列关于熵的观点中正确的是 (

) A．熵越大，系统的无序度越大 B．对于一个不可逆绝热过程，其熵总不会增加 C．气体向真空扩散时，熵值减小 D．自然过程中熵总是增加的，是因为通向无序的渠道要比通向有序的渠道多得多