4　热力学第二定律 (2).pptx

1、蒙城六中 张伟利,第十章 热力学定律,第四节 热力学第二定律,人教版选修3-3课件,知识复习,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。,问题,满足能量守恒的过程是否都能实现呢？,2020/9/26,SMH制作,3,思考1：将一块烧红的铁块投入冷水中，会发生什么现象？,结果：铁块的温度降低，水的温度升高，最终两者温度相同,情境诱思1,情境诱思1,设问1：将烧红的铁块投入水中，结果会不会铁块温度更高，水的温度更低？,结论1： 热量自发地由高温物体向低温物体传递的过程是不可逆的。,情境2：一滴墨水滴进一杯清水，不久整杯水都均匀地变黑了。,情境诱思2,设问2：有没有这样的过程：

2、这杯均匀黑水中的小碳粒又自发的聚集到一起，成为一滴墨水，而其余部分又变成清水。,结论2：扩散现象进行是有方向的,过程是不可逆的。,情境3：一个在水平地面上运动的物体，由于克服摩擦力做功，最后要停下来。在这个过程中，物体的动能转化成为内能，使物体和地面的温度升高。,情境诱思3,设问3：我们能不能看到这样的现象：一个放在水平地面上的物体，靠降低周围空气的温度，可以把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来,情境诱思3,结论3. 通过摩擦而使功转变为热的过程是不可逆的。,4.气体绝热自由膨胀具有方向性,一.自然过程的方向,小结：无数事实告诉我们：凡是实际的过程，只要涉及热现象，如热传递、气体的膨胀、

3、扩散、有摩擦的机械运动都有特定方向。也就是说，一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。,结论4. 气体膨胀(绝热自由膨胀)的过程是不可逆的。,一.自然过程的方向,一.自然过程的方向,共同特征,结论： 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（second law of thermodynamics). 不同的人对问题的理解不同,（1）克劳修斯表述： 1. 内容：热量不能自发地从低温物体传到高温物体.,二.热力学第二定律,2.理解“自发“：当两个物体接触时，不需要第三者介入、不会对任何第三者产生影响，热量就能从一个物体传递到另

4、外一个物体。,克劳修斯表述指明热传导过程是不可逆的。,二.热力学第二定律,高温,低温,自发,自发,高温,低温,问题: 电冰箱工作时违反热力学第二定律吗？,学以致用,思考：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？,贮藏的食品,大气,电冰箱制冷系统,做功,学以致用,如图所示为电冰箱的工作原理示意图压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外,学以致用,解释：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

5、传给电冰箱，使其温度逐渐升高,1.热传导的过程是有方向性的，这个过程可以向一个方向自发地进行，但是向相反的方向却不能自发地进行。 2.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。,热传导的方向性小结,3自然过程的方向性举例 (1)传热过程的方向性 (2)扩散现象的方向性 (3)机械能和内能转化的方向性 (4)气体向真空中膨胀的方向性 (5)电能和内能转化的方向性 总之，在整个自然界中，无论是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如河水向下流，重物向下落，山岳被侵蚀，房屋衰朽倒塌，人的一生从婴儿到老年到死亡等,思维

6、拓展,【例题1】：下列说法正确的是（ ） A、一切形式的能量间的相互转化都具有方向性 B、热量不可能由低温物体传给高温物体 C、气体的扩散过程具有方向性 D、一切形式的能量间的相互转化都不具有可逆性,典题强化 同步作业P54典题强化1,C,【同类练习1】：在相对封闭的空间环境中（如冰箱的内部、公共卫生间等），常会充满异味，能否发明一种简单的除味装置，去掉这样环境中的异味，且不引起其他的变化。请说明判断理由。同类练习在黑板上画图。,典题强化,物理结论取自于生活，最终还要应用于生活。为了提高劳动效率，人们制造了很多机器，还要想尽一切办法提高效率。,情境引入,存在即需要,三.热力学第二定律的另一种表

7、述,1、热机定义：是一种把内能转化为机械能的装置。(汽油机、柴油机、蒸汽轮机、喷气发动机等） 2、热机工作过程：,三.热力学第二定律的另一种表述,一阶段：燃料燃烧产生热量 Q1（高温热源） （即：燃料中化学能转化为工作物质的内能）,二阶段：推动活塞对外做功 W （即：工作物质内能变成机械能）,4、热机工作时的效率：由能量守恒定律知道 Q1 = W +Q2 热机的效率：,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或大气中。,3、热机工作时的能流分配,三.热力学第二定律的另一种表述,低温热库,Q2,W,高温热库,Q1,（2）开尔文表述 1、内

8、容：不可能从单一热源吸取热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。 2、理解：利用热机循环，吸热可对外作出功来但实际热机的循环除了热变功外，还必定有一定的热量从高温热源传给低温热源，即产生了其它效果。,三.热力学第二定律的另一种表述,三.热力学第二定律的另一种表述,3、特例：热全部变为功的过程也是有的，如，理想气体等温膨胀。但在这一过程中除了气体从单一热源吸热完全变为功外，还引起了其它变化，即过程结束时，气体的体积增大了。,开尔文表述揭示机械能与内能转化方向性 机械能可以全部转化为内能，而内能无法全部用来做功以转换成机械能。,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

9、学第二定律 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。 附：热力学第二定律的其他描述 (1)一切宏观自然过程的进行都具有方向性 (2)气体向真空的自由膨胀是的不可逆 (3)第二类永动机不可能制成,对热力学第二定律的理解,四、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它变化叫做第二类永动机。 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，内能却不能在不引起其他变化全部转化成机械能,四、第二类永动机,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

10、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（热力学第二定律）。看一种热机设计方案是否可行，不仅要看是否遵守能量守恒定律，还要看是否满足热力学第二定律。,热力学第二定律的另一种表述就是：第二类永动机不可能制成。,【例2】：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，而不引起其它变化 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，而不引起其它的变化的热机是可实现的 C致冷系统能将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气中而不引起其它变化 D不可能使热量由低温物体传递到

11、高温物体，而不引起其他变化,典题强化,AD,1热力学第一定律揭示了做功和传热对改变物体内能的规律关系UWQ，指明内能不但可以转移，而且还能跟其他形式的能相互转化热力学第一定律是能量守恒定律在热学中的一种表述形式，是从能的角度揭示不同物质运动形式相互转化的可能性告诫人们：第一类永动机不可能制成热力学第一定律只有一种表述形式,五、热力学第二定律与热力学第一定律的关系,2热力学第二定律揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性进一步揭示了各种物质转化过程及其运动形式的转化过程都具有方向性告诫人们：第二类永动机不可能制成而且热力学第二定律有多种表述形式,五、热力学第二定律与热力学第一定律的关系,3两定律的关

12、系：热力学第一定律是和热现象有关的物理过程中能量守恒的特殊表达形式，说明功及热量与内能改变的定量关系，而第二定律指出了能量转化与守恒能否实现的条件和过程进行的方向，指出了一切变化过程的自然发展方向不可逆，除非靠外界影响，所以二者相互独立，又相互补充,五、热力学第二定律与热力学第一定律的关系,【例题3】关于两类永动机和热力学两个定律，下列说法正确的是() A第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律 B第一类永动机不可能制成是因为违反热力学第二定律 C由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，传热也不一定改变内能，但同时做功和传热一定会改变内能 D由热力学第二定律可知热从低温物体传向高温物体是可能的，从单一热源吸收热量，完全变成功也是可能的,典题强化,【例4】随着世界经济的快速发展，能源短缺问题日显突出，已对各国人民的日常生活造成了各种影响，如排长队等待加油的情景已经多次在世界各地发生，能源成为困扰世界经济发展的重大难题之一，下列有关能量转化的说法中错误的是() A不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他的变化 B只要对内燃机不断改进，就可以把内燃机得到的全部内能转化为机械能 C满足能量守恒定律的物理过程都能自发的进行 D外界对物体做功，物