第4講 熱力學(xué)第二定律,目標(biāo)定位 1.通過自然界中客觀過程的方向性，了解熱力學(xué)第二定律. 2.了解熱力學(xué)第二定律的兩種不同表述，以及兩種表述的物理實質(zhì). 3.了解什么是第二類永動機(jī)，知道為什么它不能制成.,預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué) 梳理·識記·點撥,1.一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是 的.如物體間的傳熱、氣體的膨脹、擴(kuò)散都有特定的 . 2.反映宏觀自然過程 的定律就是熱力學(xué)第二定律.,一、熱力學(xué)第二定律,不可逆,方向性,方向性,二、熱力學(xué)第二定律的兩種表述,1.克勞修斯表述：熱量不能 地從 溫物體傳到 溫物體. 2.開爾文表述：不可能從 熱庫吸收熱量，使之 變成功，而 其他影響.,自發(fā),低,高,單一,完全,不產(chǎn)生,三、熱機(jī),1.熱機(jī)的效率：熱機(jī)輸出的 與燃料產(chǎn)生的 的 比值，用公式表示為 .熱機(jī)的效率不可能達(dá)到100%. 2.第二類永動機(jī)：只有 熱源，從單一熱源吸收熱量，可以 用來做功的熱機(jī)叫第二類永動機(jī)，它不違背 ，但違背 ，所以 實現(xiàn).,機(jī)械功,熱量,單一,全部,能量守恒定律,熱力學(xué)第二定律,不能,課堂講義 理解·深化·探究,一、宏觀過程的方向性,1.熱傳導(dǎo)具有方向性：兩個溫度不同的物體相互接觸時，熱量會自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體，結(jié)果使高溫物體的溫度降低，低溫物體的溫度升高. 2.氣體的擴(kuò)散現(xiàn)象具有方向性：兩種不同的氣體可以自發(fā)地進(jìn)入對方，最后成為均勻的混合氣體，但這種均勻的混合氣體，決不會自發(fā)地分開，成為兩種不同的氣體.,3.機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性：物體在水平面上運(yùn)動，因摩擦而逐漸停止下來，但絕不可能出現(xiàn)物體吸收原來傳遞出去的熱量后，在地面上重新運(yùn)動起來. 4.氣體向真空膨脹具有方向性：氣體可自發(fā)地向真空容器膨脹，但絕不可能出現(xiàn)氣體自發(fā)地從容器中流出，容器變?yōu)檎婵?,5.在整個自然界中，無論有生命的還是無生命的，所有的宏觀自發(fā)過程都具有單向性，都有一定的方向性，都是一種不可逆過程.,例1 下列說法正確的是( ) A.熱量能自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體 B.熱量不能從低溫物體傳到高溫物體 C.熱傳遞是有方向性的 D.氣體向真空中膨脹的過程是有方向性的,解析 如果是自發(fā)地進(jìn)行，熱量只能從高溫物體傳到低溫物體，但這并不是說熱量不能從低溫物體傳到高溫物體，只是不能自發(fā)地進(jìn)行，在外界條件的幫助下，熱量也能從低溫物體傳到高溫物體，A、C對，B錯； 氣體向真空中膨脹的過程也是不可逆，具有方向性的，D對. 答案 ACD,借題發(fā)揮 兩個溫度不同的物體相互接觸時，熱量會自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體，使高溫物體的溫度降低，低溫物體的溫度升高，這個過程是自發(fā)進(jìn)行的，不需要任何外界的影響或者幫助，有時我們也能實現(xiàn)熱量從低溫物體傳給高溫物體，如電冰箱，但這不是自發(fā)地進(jìn)行的，需要消耗電能，其實自然界中所有的熱現(xiàn)象都是具有單向性的.,二、熱力學(xué)第二定律和第二類永動機(jī),1.克勞修斯表述是按熱傳導(dǎo)的方向性表述的.熱量可以由低溫物體傳到高溫物體但不能是自發(fā)的，如：冰箱、空調(diào). 2.開爾文表述是按照機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程的方向性來表述的.不是不能從單一熱庫吸收熱量而對外做功，而是這樣做的結(jié)果，一定伴隨著其他變化或影響. 3.這兩種表述看似毫無聯(lián)系，其實是等價的，可以從一種表述導(dǎo)出另一種表述.,4.熱力學(xué)第二定律揭示了自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性. 5.第二類永動機(jī)不可能制成，它也是熱力學(xué)第二定律的一種表述形式. 雖然第二類永動機(jī)不違反能量守恒定律，但大量的事實證明，在任何情況下熱機(jī)都不可能只有一個熱源，熱機(jī)要不斷地把吸取的熱量變?yōu)橛杏玫墓?，就不可避免地將一部分熱量傳給低溫?zé)嵩?,例2 根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，下列說法中正確的是( ) A.不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其 他變化 B.沒有冷凝器，只有單一的熱源，能將從單一熱源吸收的熱量全 部用來做功，而不引起其他變化的熱機(jī)是可以實現(xiàn)的 C.制冷系統(tǒng)將冰箱里的熱量傳給外界較高溫度的空氣中，而不引 起其他變化 D.不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其他變化,解析 熱力學(xué)第二定律揭示了與熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過程的方向性，機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性，機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能要轉(zhuǎn)化為機(jī)械能必須借助外部的幫助，即會引起其他變化，A選項正確，B選項錯誤； 熱傳遞過程也具有方向性，熱量能自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體，但是熱量要從低溫物體傳到高溫物體，必然要引起其他變化(外界對系統(tǒng)做功)，故C選項錯誤，D選項正確. 答案 AD,借題發(fā)揮 (1)一切物理過程均遵守能量守恒定律，但遵守能量守恒定律的物理過程不一定均能實現(xiàn). (2)熱力學(xué)第二定律的關(guān)鍵在于“自發(fā)性”和“方向性”.,例3 第二類永動機(jī)不可能制成的原因是( ) A.違背了能量守恒定律 B.熱量總是從高溫物體傳遞到低溫物體 C.機(jī)械能不能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 D.內(nèi)能不能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能而不引起其他變化,解析 第二類永動機(jī)的設(shè)想并不違背能量守恒定律，但是違背了熱力學(xué)第二定律，所以不可能制成.,D,對點練習(xí) 鞏固·應(yīng)用·反饋,宏觀過程的方向性,1.下列哪個過程具有方向性( ) A.熱傳導(dǎo)過程 B.機(jī)械能向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程 C.氣體的擴(kuò)散過程 D.氣體向真空中的膨脹,1,2,3,4,解析 這四個過程都是與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程，根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，它們都是不可逆的，具有方向性.,ABCD,2.根據(jù)熱力學(xué)第二定律，下列判斷正確的是( ) A.電流的能不可能全部變?yōu)閮?nèi)能 B.在火力發(fā)電機(jī)中，燃?xì)獾膬?nèi)能不可能全部變?yōu)殡娔?C.熱機(jī)中，燃?xì)鈨?nèi)能不可能全部變?yōu)闄C(jī)械能 D.在熱傳導(dǎo)中，熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高 溫物體,1,2,3,4,熱力學(xué)第二定律和第二類永動機(jī),解析 根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，凡與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性，電流的能可全部變?yōu)閮?nèi)能(由焦耳定律可知)，而內(nèi)能不可能全部變成電流的能，而不產(chǎn)生其他影響.機(jī)械能可全部變?yōu)閮?nèi)能，而內(nèi)能不可能全部變成機(jī)械能.在熱傳導(dǎo)中，熱量只能自發(fā)地從高溫物體傳遞給低溫物體，而不能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫物體. 答案 BCD,1,2,3,4,3.關(guān)于熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律，下列論述正確的是( ) A.熱力學(xué)第一定律指出內(nèi)能可以與其他形式的能相互轉(zhuǎn) 化，而熱力學(xué)第二定律則指出內(nèi)能不可能完全轉(zhuǎn)化為其 他形式的能，故這兩條定律是相互矛盾的 B.內(nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為其他形式的能，只是會產(chǎn)生其他 影響，故兩條定律并不矛盾,1,2,3,4,C.兩條定律都是有關(guān)能量的轉(zhuǎn)化規(guī)律，它們不但不矛盾， 而且沒有本質(zhì)區(qū)別 D.其實，能量守恒定律已經(jīng)包含了熱力學(xué)第一定律和熱 力學(xué)第二定律,1,2,3,4,解析 熱力學(xué)第一定律揭示了內(nèi)能與其他形式能量之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，是能量守恒定律在熱學(xué)中的具體體現(xiàn).熱力,學(xué)第二定律則進(jìn)一步闡明了內(nèi)能與其他形式能量轉(zhuǎn)化時的方向性，二者表述的角度不同，本質(zhì)不同，相互補(bǔ)充，并不矛盾，故選項C、D錯誤，選項B正確；,1,2,3,4,內(nèi)能在一定條件下可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，熱量也可以由低溫物體傳遞到高溫物體，但是要引起其他變化，如電冰箱制冷機(jī)工作還要消耗電能，故選項A錯誤. 答案 B,4.關(guān)于熱現(xiàn)象和熱學(xué)規(guī)律，下列說法中正確的是( ) A.隨著低溫技術(shù)的發(fā)展，我們可以使溫度逐漸降低，并達(dá)到 絕對零度，最終實現(xiàn)熱機(jī)效率100% B.熱量是不可能從低溫物體傳遞給高溫物體的 C.第二類永動機(jī)遵從能量守恒定律，故能制成 D.用活塞壓縮汽缸里的空氣，對空氣做功2.0×105 J，同時空 氣向外界放出熱量1.5×105 J，則空氣的內(nèi)能增加了5×104 J,1,2,3,4,解析 由熱力學(xué)第二定律知，B、C錯； 絕對零度不可能達(dá)到，A錯； 由熱力學(xué)第一定律知D正確. 答案 D,1,2,3,4,