4　热力学第二定律

1、热力学第二定律 詹少端,任何物体都具有内能，在地球上贮存量十分丰富的海水总质量约达1.41018吨，它的温度只要降低1oC，就能释放相当于1800万个功率为100万千瓦的核电站一年的发电量，足够全世界使用4000年。而人类都不能利用这种“新能源”，究其原因，是因为涉及物理学的一个基本定律热力学第二定律,思考：根据能量守恒定律，在自然界发生的一切过程中能量都是守恒的。那么符合能量守恒的宏观过程是否都能发生呢？,一、热传导的方向性 1实例：热量会自发地从高温物体传给低温物体。 2热传导的过程具有方向性 3自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。,热量不能自发地从低温物体传到高温物体。（克劳

2、修斯表述）,注意这里所说“自发地”是指没有任何外界的影响或帮助， 电冰箱工作时能将冰箱内(温度较低)的热量，传给外界空气 (温度较高)，是因为电冰箱消耗了电能，对制冷系统做了功。,热力学第二定律-表述一,贮藏的食品,大气,电冰箱制冷系统,做功,热机：是一种把内能转化成机械能的装置,效率： 由能量守恒定律知道 Q1 = W +Q2 热机的效率,内燃机,原理：燃料燃烧产生热量 Q1（高温热库）,推动活塞对外做功 W,排出废气向外界（低温热库）放热 Q2,热机的效率小于100%，就不可能把从高温热源吸收的热量全部转化为机械能，总有一部分热量散发到冷凝器中。,二 机械能与内能转化的方向性,热源,冷凝器

3、,热机,做功,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。 （开尔文表述）,热源,热机,做功,冷凝器,热力学第二定律-表述二,三、第二类永动机,1第二类永动机：人们把想象中能够从单一热源吸收热量，全部用来做功而不引起其他变化的热机叫做第二类永动机。 2第二类永动机不可能制成 表示机械能和内能的转化过程具有方向性 尽管机械能可以全部转化为内能，内能却不能全部转化成机械能，同时不引起其他变化,3第一类永动机和第二类永动机 它们都不可能制成， 第一类永动机的设想违反了能量守恒定律； 第二类永动机的设想虽不违反能量守恒定律， 但违背了跟热现象相联系的宏观自然过程 具有方向性的规律。,三、热

4、力学第二定律,1热力学第二定律常见的两种表述： (1)按热传递的方向性来表述：不可能使热量从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化-克劳修斯表述 ( 2)按机械能与内能转化过程的方向性来表述：不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化-开尔文表述,2两种表述是等价的 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 3热力学第二定律的意义 提示了有大量分子参与的宏观过程的方向性，是独立于热力学第一定律的一个重要自然规律,例1根据热力学第二定律，下列判断错误的是 A. 电流的能不可能全部变为内能 B在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变为电能 C热机中，燃气内能不可能

5、全部变为机械能 D在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温度物体,单选,A,解析根据热力学第二定律可知，凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，电流的能可全部变为内能(由电流热效应中的焦耳定律可知)，而内能不可能全部变成电流的能机械能可全部变为内能，而内能不可能全部变成机械能，在热传导中，热量只能自发地从高温物体传递给低温物体，而不能自发地从低温物体传递给高温物体，所以选项A正确,例2第二类永动机不可以制成，是因为,A. 违背了能量的守恒定律 B热量总是从高温物体传递到低温物体 C机械能不能全部转变为内能 D内能不能全部转化为机械能， 同时不引起其他变化,D,单选,解析第二类永动机设想虽

6、然符合能量守恒定律，但是违背了能量转化中有些过程是不可逆的规律。所以不可能制成，选项D正确,例3试对热力学第一定律和热力学第二定律做一简单的评析 解析热力学第一定律和热力学第二定律是构成热力学知识的理论基础，前者对自然过程没有任何限制，只指出在任何热力学过程中能量不会有任何增加或损失，反映的是物体内能的变化与热量、做功的定量关系；后者则是解决哪些过程可以自发地发生，哪些过程必须借助于外界条件才能进行。,六、小结 ：,热力学第二定律有常见的两种表述，提示了有大量分子参与的宏观过程(即与热现象有关的宏观过程)的方向性，第二类永动机不可能制成。,七、 巩固练习,1.下列哪些物理过程具有方向性 A.

7、热传导过程 B机械能和内能的转化过程 C气体的扩散过程 D气体向真空中膨胀的过程。答案：,A B C D,2.热机是一种_的装置，热机做的功和它从热源吸收热量的比值叫做热机的_答案：,2答案：把内能转化为机械能；效率,3.热力学第二定律使人们认识到，自然界中进行的涉及_现象的宏观过程都具有_性，例如机械能可以_转化为内能，但内能_全部转化为机械能，而不引起其他变化,3答案：热；方向；全部；不能。,4.什么是第二类永动机?为什么第二类永动机不可能造成? 答：能够从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化的热机称为第二类永动机。第二类永动机不可能制成的原因是因为机械能和内能转化过程具有方向性，尽管机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化为机械能，而不引起其他变化。,6.试述热力学第一定律和热力学第二定律的区别与联系,解答：热力学