3.4 热力学第二定律 课件 -高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

2024/9/111物理组人教版物理选择性必修三第3章《热力学定律》

第4节:热力学第二定律

高二物理组邱鹏2024/9/112物理组一滴红色颜料滴进一杯清水中扩散，整杯水将均匀地变红。从系统的角度来看，扩散之前是一种状态，扩散后是另一种状态。那么，水中扩散后的颜料能否自发地重新聚集在一起，而其余部分又变成清水？2024/9/113物理组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失的过程是不可能出现的。符合能量守恒定律的宏观过程都能自发地进行吗？2024/9/114物理组破镜难圆水往低处流2024/9/115物理组2024/9/116物理组2024/9/117物理组2024/9/118物理组无数事实告诉我们，凡是实际的过程，只要涉及热现象，都有特定的方向性。这些过程可以自发地朝某个方向进行，而相反的过程，即使不违背能量守恒定律，我们也从未见到它们会自发地进行。这就是说，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。2024/9/119物理组热力学第二定律一、热力学第二定律2024/9/1110物理组热力学第二定律（RudolfJuliusEmanuelClausius，1822年1月2日－1888年8月24日）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。2024/9/1111物理组“自发”二字的意义：当两个物体接触时，不需要任何第三者的介入、不会对任何第三者产生任何影响，热量就能从一个物体传向另一个物体。当两个温度不同的物体接触时，这个“自发”的方向是从高温物体指向低温物体的。2024/9/1112物理组热力学第二定律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。开尔文（即：不可能制造这样一台机器，在一个循环动作后，只是从单一热库吸收热量，使之完全变为功，而不引起其他变化）2024/9/1113物理组热机的工作过程①燃烧燃料工作物质把自己的内能变成机械能燃料中的化学能变成工作物质的内能②对外做功2024/9/1114物理组W<Q思考：假设能避免这些损失，热机燃料产生的热量Q=W？高温热库T1低温热库T2Q1Q2对外做功热机W2024/9/1115物理组如果一台热机，效率为：

，热机从热源吸取的热量Q1全部变成功W,该机器唯一的结果就是从单一热源吸取热量全部变成功而不产生其它影响。此时热机的效率η＝1(100%)，

η＝1的热机称为第二类永动机。第二类永动机是不可能制造成功的。虽然它不违背热力学第一定律，但它违背了热力学第二定律的开尔文表述。2024/9/1116物理组热力学第二定律的两种表述之间的关系1、热量不能自发地从低温物体传到高温物体.热力学第二定律1、按热传递的方向性来表述2、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2、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.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胀是不可逆的。2024/9/1117物理组能源是有限的二、能源是有限的2024/9/1118物理组

自然界的一切变化，人类社会的所有活动，都伴随着能量的转移和转化，能量是一切物质运动的源泉，是一切生命活动的基础。柴薪时期煤炭时期石油时期2024/9/1119物理组

能量被其他物质吸收之后变成周围环境的内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用。这种现象叫做能量的耗散。化学能→电能电能→内能和光能能量在数量上虽然守恒，但其转移和转化却具有方向性。→耗散在环境中2024/9/1120物理组高品质：机械能、光能、化学能、电能低品质：内能转化方向不可逆能源：其实是指具有高品质的容易利用的储能物质例如石油、天然气、煤等。所以要节约资源2024/9/1121物理组能量在数量上虽然守恒，但其转移和转化却具有方向性。

每天我们使用的能源最后都转化成了内能，能源消耗使得周围环境升温。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”。1、能量耗散2、品质降低

机械能、光能、化学能、电能相对于周围环境中的内能来说