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第4講 熱力學第二定律,目標定位 1.通過自然界中客觀過程的方向性，了解熱力學第二定律. 2.了解熱力學第二定律的兩種不同表述，以及兩種表述的物理實質. 3.了解什么是第二類永動機，知道為什么它不能制成.,預習導學 梳理·識記·點撥,1.一切與熱現象有關的宏觀自然過程都是 的.如物體間的傳熱、氣體的膨脹、擴散……都有特定的 . 2.反映宏觀自然過程 的定律就是熱力學第二定律.,一、熱力學第二定律,不可逆,方向性,方向性,二、熱力學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,不產生,三、熱機,1.熱機的效率η：熱機輸出的 與燃料產生的 的 比值，用公式表示為 .熱機的效率不可能達到100%. 2.第二類永動機：只有 熱源，從單一熱源吸收熱量，可以 用來做功的熱機叫第二類永動機，它不違背 ，但違背 ，所以 實現.,機械功,熱量,η＝,單一,全部,能量守恒定律,熱力學第二定律,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.氣體的擴散現象具有方向性：兩種不同的氣體可以自發(fā)地進入對方，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.機械能和內能的轉化過程具有方向性：物體在水平面上運動，因摩擦而逐漸停止下來，但絕不可能出現物體吸收原來傳遞出去的熱量后，在地面上重新運動起來. 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)進行的，不需要任何外界的影響或者幫助，有時我們也能實現熱量從低溫物體傳給高溫物體，如電冰箱，但這不是自發(fā)地進行的，需要消耗電能，其實自然界中所有的熱現象都是具有單向性的.,二、熱力學第二定律和第二類永動機,1.克勞修斯表述是按熱傳導的方向性表述的.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. 2.開爾文表述是按照機械能與內能轉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，而是這樣做的結果，一定伴隨著其他變化或影響. 3.這兩種表述看似毫無聯系，其實是等價的，可以從一種表述導出另一種表述.,4.熱力學第二定律揭示了自然界中進行的涉及熱現象的宏觀過程都具有方向性. 5.第二類永動機不可能制成，它也是熱力學第二定律的一種表述形式. 雖然第二類永動機不違反能量守恒定律，但大量的事實證明，在任何情況下熱機都不可能只有一個熱源，熱機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熱源.,例2 根據熱力學第二定律可知，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是可以實現的 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 熱力學第二定律揭示了與熱現象有關的物理過程的方向性，機械能和內能的轉化過程具有方向性，機械能可以全部轉化為內能，而內能要轉化為機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. (2)熱力學第二定律的關鍵在于“自發(fā)性”和“方向性”.,例3 第二類永動機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.機械能不能全部轉化為內能 D.內能不能全部轉化為機械能而不引起其他變化,解析 第二類永動機的設想并不違背能量守恒定律，但是違背了熱力學第二定律，所以不可能制成.,D,對點練習 鞏固·應用·反饋,宏觀過程的方向性,,,1.下列哪個過程具有方向性( ) A.熱傳導過程 B.機械能向內能的轉化過程 C.氣體的擴散過程 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象有關的宏觀過程，根據熱力學第二定律可知，它們都是不可逆的，具有方向性.,ABCD,2.根據熱力學第二定律，下列判斷正確的是( ) A.電流的能不可能全部變?yōu)閮饶?B.在火力發(fā)電機中，燃氣的內能不可能全部變?yōu)殡娔?C.熱機中，燃氣內能不可能全部變?yōu)闄C械能 D.在熱傳導中，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,熱力學第二定律和第二類永動機,解析 根據熱力學第二定律可知，凡與熱現象有關的宏觀過程都具有方向性，電流的能可全部變?yōu)閮饶?由焦耳定律可知)，而內能不可能全部變成電流的能，而不產生其他影響.機械能可全部變?yōu)閮饶?，而內能不可能全部變成機械能.在熱傳導中，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.關于熱力學第一定律和熱力學第二定律，下列論述正確的是( ) A.熱力學第一定律指出內能可以與其他形式的能相互轉 化，而熱力學第二定律則指出內能不可能完全轉化為其 他形式的能，故這兩條定律是相互矛盾的 B.內能可以全部轉化為其他形式的能，只是會產生其他 影響，故兩條定律并不矛盾,1,2,3,4,C.兩條定律都是有關能量的轉化規(guī)律，它們不但不矛盾， 而且沒有本質區(qū)別 D.其實，能量守恒定律已經包含了熱力學第一定律和熱 力學第二定律,1,2,3,4,解析 熱力學第一定律揭示了內能與其他形式能量之間的轉化關系，是能量守恒定律在熱學中的具體體現.熱力,學第二定律則進一步闡明了內能與其他形式能量轉化時的方向性，二者表述的角度不同，本質不同，相互補充，并不矛盾，故選項C、D錯誤，選項B正確；,1,2,3,4,內能在一定條件下可以全部轉化為機械能，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，如電冰箱制冷機工作還要消耗電能，故選項A錯誤. 答案 B,4.關于熱現象和熱學規(guī)律，下列說法中正確的是( ) A.隨著低溫技術的發(fā)展，我們可以使溫度逐漸降低，并達到 絕對零度，最終實現熱機效率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，則空氣的內能增加了5×104 J,1,2,3,4,解析 由熱力學第二定律知，B、C錯； 絕對零度不可能達到，A錯； 由熱力學第一定律知D正確. 答案 D,1,2,3,4,