第三章　4　热力学第二定律

4热力学第二定律［学习目标］1.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(重点)。2.能运用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移以及宏观自然过程的方向性问题(难点)。3.理解能量耗散，知道能源是有限的。一、热力学第二定律一滴黑色颜料滴进一杯清水中扩散，整杯水将均匀地变黑。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？这说明了什么？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

1.热现象的方向性：一切与热现象有关的宏观自然过程都是的，即与热现象有关的宏观自然过程有性。

2.热力学第二定律的克劳修斯表述：热量不能地从温物体传到温物体。阐述的是传热的性。

3.热力学第二定律的开尔文表述：(1)热机①热机工作的两个阶段：第一个阶段是燃烧燃料，把燃料中的变成工作物质的；第二个阶段是工作物质对外，把自己的内能变成。

②热机用于做功的热量一定它从高温热库吸收的热量，即WQ。

(2)热力学第二定律的开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之，而不产生其他影响。(该表述阐述了机械能与内能转化的方向性)

4.热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述是(选填“等价”或“不等价”)的。

5.热力学第二定律的实质：揭示了宏观自然过程的。

1.传热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”？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________2.如图所示是制冷机和热机的工作过程示意图，通过此图思考以下问题：(1)制冷机工作时热量是自发地从低温热库传到高温热库吗？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(2)热机工作时能否将从高温热库吸收的热量全部用于做功？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(1)只要满足能量守恒定律的物理过程都能实现。()(2)由热力学第二定律可知热量不可能从低温物体传到高温物体。()(3)不可能从单一热库吸收热量，使之全部变成功。()例1下列过程中可能发生的是()A.某种物质从高温热源吸收20kJ的热量，全部转化为机械能，而没有产生其他影响B.打开一高压密闭容器，其内气体自发逸出后又自发跑进去，恢复原状C.利用其他手段，使低温物体的温度更低，高温物体的温度更高D.将两瓶不同液体混合，然后它们又自发地各自分开例2(多选)(2023·开远市第一中学高二期末)地球上有很多的海水，其总质量约为1.4×1018t，如果这些海水的温度降低0.1℃，将要放出5.8×1023J的热量。有人曾设想利用海水放出的热量，将其完全变成机械能来解决能源危机，但这种机器是不能制成的，关于其原因，下列说法正确的是()A.内能不能转化成机械能B.内能转化成机械能不满足热力学第一定律C.只从单一热源吸收热量并完全转化成机械能的机械不满足热力学第二定律D.机械能可全部转化为内能，内能不可能全部转化为机械能，同时不引起其他变化1.一切物理过程均遵循能量守恒定律，但遵循能量守恒定律的物理过程不一定均能实现。2.热力学第二定律的两种表述分别对应着一种“不可能”，但都有一个前提条件“自发地”或“不产生其他影响”，如果去掉这种前提条件，就都是有可能的。例如电冰箱的作用就是使热量从低温物体传到高温物体，等温膨胀就是从单一热库吸收热量，使之完全用来做功，但都不是自发地或都产生了其他影响。二、热力学第一定律和热力学第二定律的比较1.热力学两定律的比较

热力学第一定律热力学第二定律区别是能量守恒定律在热力学中的表现，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是关于在有限空间和时间内，一切和热现象有关的宏观自然过程具有不可逆性的经验总结，从而否定了第二类永动机联系两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，二者既相互独立，又相互补充，都是热力学的理论基础2.两类永动机的比较

第一类永动机第二类永动机设计要求不消耗任何能量，可以不断做功(或只给予很少的能量启动后，可以永远运动下去)将内能全部转化为机械能，而不引起其他变化(或只有一个热库，实现内能向机械能的转化)不可能制成的原因违背了能量守恒定律违背了热力学第二定律例3(2020·全国卷Ⅱ)下列关于能量转换过程的叙述，违背热力学第一定律的有，不违背热力学第一定律、但违背热力学第二定律的有。(填正确答案标号)

A.汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热B.冷水倒入保温杯后，冷水和杯子的温度都变得更低C.某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功，而不产生其他影响D.冰箱的制冷机工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内三、能源是有限的1.能源：具有的容易利用的储能物质。

2.能量耗散：使用的能源转化成内能分散在环境中不能自动聚集起来驱动机器做功，这样的转化过程叫作“能量耗散”。3.能源的使用过程中虽然能的总量保持守恒，但能量的品质下降了，减少了。

如图所示是两幅宣传节约能源的图片。请问：既然能量是守恒的，我们为什么还要节约能源？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________例4(多选)关于能量和能量耗散，下列说法正确的是()A.能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中自发过程的方向性B.能量耗散表明能源的利用是有条件的，也是有代价的C.大量消耗常规能源会使环境恶化，故提倡开发利用新能源D.能量之间可以相互转化，故能源循环利用很方便答案精析一、不能，说明扩散有方向性。梳理与总结1.不可逆方向2.自发低高方向3.(1)①化学能内能做功机械能②小于<(2)完全变成功4.等价5.方向性思考与讨论1.不能。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。2.(1)不是，热量从低温热库传到高温热库时需要有外界做功。(2)不能，热机工作时只能将从高温热库吸收热量的一部分用来做功，剩余的部分释放到低温热库。易错辨析(1)×(2)×(3)×例1C［根据热力学第二定律，热量自发地全部转化为机械能是不可能的，A错误；气体膨胀具有方向性，不能自发逸出容器又自发跑进去，无法恢复原状，B错误；根据热力学第二定律，热量不可能从低温物体自发地传递给高温物体，而不引起其他的变化，但通过一些手段是可以实现的，C正确；扩散现象有方向性，因此液体混合后不能自发地各自分开，D错误。］例2CD［内能可以转化成机械能，如热机，故A错误；内能转化成机械能的过程满足热力学第一定律，也可以说符合能量守恒定律，故B错误；根据热力学第二定律可知，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，故C、D正确。］三、1.高品质3.能源思考与讨论能量是守恒的，但能量耗散却导致能量品质的降低，在利用它们的时候，高品质的能量释放出来并最终转化为低品质的能量。例3BC解析A项符合热力学第一、第二定律。冷水和杯子温度不可能都变低，只能是一个升高一个降低，或温度都不变，B项描述违背了热力学第一定律。C项描述虽然不违背热力学第一定律，但违背了热力学第二定律。D项中冰箱消耗电能从而可以从低温环境中提取热量散发到