热力学第二定律课件-高二下学期物理粤教版选择性

第三章

热力学定律第3节

热力学第二定律观察与思考：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？1.通过自然界中宏观过程的方向性，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，能用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移及方向性问题,并能解决一些实际问题。一、热传导的方向性1.自然规律：两个温度不同的物体互相接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，但不会自发地从低温物体传给高温物体。可见，热传导过程是有方向性的。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。

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？

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。压缩机会消耗电能，对冷却系统做功低温冰箱内的食品高温冰箱外的空气自发外界做功向压缩机供电停止供电二、机械能和内能转化的方向性机

内：可自动进行(如摩擦生热)内

机：不可自动进行(静止物体不可能自行降温而运动起来)机械能和内能的转化过程也是有方向性的．机械能可以全部转化为内能，内能却无法全部用来做功以转化为机械能，而不产生其他影响逆向应用：汽车、轮船、飞机等的发动机都是热机，热机是把内能转化为机械能的机器，但效率不可能达到100%，也就是说，要想将内能全部用来做功以转化为机械能而不产生其他影响是不可能的。第二类永动机：（1）定义：从单一热源吸收热量并全部用来做功，把它得到的内能全部转化为机械能，热机效率达到100%，这种想象中的热机被称为第二类永动机。根据气体实验定律，如果气体进行等温膨胀，即气体温度不变，体积增大，则气体压强应减小，而从图中可知，该气体压强是恒定的。显然该气体是不可能进行等温膨胀的。事实上，该过程是一个等压膨胀的过程，气体压强不变，体积增大，温度升高，内能增大，气体吸收的热量不可能百分之百对外做功。结果：第二类永动机是不可能制成的，内能全部转化为机械能而不产生其他影响是不可能的。三、扩散的方向性二氧化氮和空气红墨水和水只能自发地由密度大的区域向密度小的区域扩散。两种不同的气体可以自发地混合，最后成为一种均匀的混合气体，相反，一种均匀的混合气体却不会自发地分开成为两种气体．当然，使用物理或化学方法可以把混合气体分开，但这必然会产生其他影响如图所示是两个相同的容器，容器A中装有气体，容器B是真空，打开阀门K，容器A中的气体会自发向容器B扩散，最后两个容器都充满压强相等的气体，这个过程被称为自由膨胀。外界做功自由膨胀自发抽气机四、热力学第二定律克劳修斯1.热力学第二定律的克劳修斯表述：热量不能自发从低温物体传到高温物体。（1）物体间传热过程的方向性高温低温自发（2）自发性：不需要第三者介入、也不会对任何第三者产生影响外界做功外界环境发生变化2.热力学第二定律的开尔文表述柴油机汽缸燃料的化学能工作物质的内能机械能对外做功燃烧燃料产生的热量Q输出机械功W漏气热损散热热损摩擦热损W<Q思考：假设能避免这些损失，热机燃料产生的热量Q=W？（1）热机工作原理和过程：高温热库低温热库QW燃料在燃烧(高温物体)冷凝器或大气(低温物体)自发

热机在工作过程中必然排出部分热量，热机用于做功的热量一定小于它从高温热库吸收的热量，即：W<Q（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，使之完全变成功，而不产生其他影响。①热机的效率无法达到100%，总会有损耗机械能内能（热）全部转化（自发）对第三者有影响②机械能与内能转化的方向性：开尔文注意：

在热力学第二定律的表述中，“自发地”“不产生其他影响”“单一热库”“不可能”的含义（1）“自发地”是指热量从高温物体“自发地”传给低温物体的方向性。在传递过程中不会对其他物体产生影响或借助其他物体提供能量等。（2）“不产生其他影响”的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响。如吸热、放热、做功等。（3）“单一热库”：指温度均匀并且恒定不变的系统。若一系统各部分温度不相同或者温度不稳定，则构成机器的工作物质可以在不同温度的两部分之间工作，从而可以对外做功。据报道，有些国家已在研究利用海水上下温度不同来发电。（4）“不可能”：实际上热机或制冷机系统循环时，除了从单一热库吸收热量对外做功，以及热量从低温热库传到高温热库以外，过程所产生的其他一切影响，不论用任何的办法都不可能加以消除。

不管如何表述，热力学第二定律的实质在于揭示了：一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。②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。热力学第二定律的两种表述之间有什么样的关系？①两种表述是等价的：可以从一种表述导出另一种表述，两种表述都称为热力学第二定律。1.下列宏观过程不能用热力学第二定律解释的是(

)A.大米和小米混合后小米能自发地填充到大米空隙中而经过一段时间大米、小米不会自动分开B.将一滴红墨水滴入一杯清水中，会均匀扩散到整杯水中，经过一段时间，墨水和清水不会自动分开C.冬季的夜晚，放在室外的物体随气温的降低，不会由内能自发地转化为机械能而动起来D.随着节能减排措施的不断完善，最终也不会使汽车热机的效率达到100%

A2.对热力学第一定律和第二定律的理解，下列说法正确的是(

)A.热量不能由低温物体传递到高温物体B.外界对物体做功，物体的内能必定增加C.内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化D.机械能不能全部转化为内能

C3.在热学中,下列说法正确的是 (

)A.第一类永动机不可制成是由于它违背了能量守恒定律B.第二类永动机不可制成是由于它违背了能量守恒定律C.热力学第二定律告诉我们机械能可以转化为内能而内能不能转化为机械能D.热量只能从高温物体传向低温物体,而不能从低温物体传向高温