第十章熱力學定律,高中物理選修33,1,問題,熱力學第一定律告訴我們： 在一切熱力學過程中能量必須守恒。,滿足能量守恒的過程是否都能實現(xiàn)呢？,22,思考與討論：P57,結論1. 熱量自動地由高溫物體向低溫物體傳遞的過程是不可逆的。,結論2. 擴散現(xiàn)象進行是有方向的,過程是不可逆的。,結論3. 功可以自動轉化為熱，但熱卻不能自動轉化為功。通過摩擦而使功轉變?yōu)闊岬倪^程是不可逆的。,結論4. 氣體膨脹(絕熱自由膨脹)的過程是不可逆的。,一.自然過程的方向,結論：無數(shù)事實告訴我們：凡是實際的過程，只要涉及熱現(xiàn)象，如熱傳遞、氣體的膨脹、擴散、有摩擦的機械運動都有特定方向。也就是說，一切與熱現(xiàn)象有關的宏觀自然過程都是不可逆的。,3,克勞修斯表述指明熱傳導過程是不可逆的。,與之相應的經(jīng)驗事實是，當兩個不同溫度的物體相互接觸時，熱量將由高溫物體向低溫物體傳遞，而不可能自發(fā)地由低溫物體傳到高溫物體。如果借助制冷機，當然可以把熱量由低溫傳遞到高溫，但要以外界作功為代價，也就是引起了其他變化。,（1）克勞修斯表述：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體.,二.熱力學第二定律,44,電冰箱的內部溫度比外部溫度低，為什么致冷系統(tǒng)還能不斷地把箱內熱量傳給外界的空氣？,電冰箱工作時違反熱力學第二定律嗎？,55,因為電冰箱消耗了電能，對制冷系統(tǒng)做了功，一旦切斷電源，電冰箱就不能把其內部的熱量傳給外界的空氣了相反，外界的熱量會自發(fā)地傳給電冰箱，使其溫度逐漸升高,貯藏的食品,大氣,電冰箱制冷系統(tǒng),做功,66,熱傳導的過程是有方向性的，這個過程可以向一個方向自發(fā)地進行，但是向相反的方向卻不能自發(fā)地進行。 要實現(xiàn)相反方向的過程，必須借助外界的幫助，因而產(chǎn)生其它影響或引起其它變化。,熱傳導的方向性,7,熱機：是一種把內能轉化為機械能的裝置。(汽油機、柴油機、蒸汽輪機、噴氣發(fā)動機等）,原理：燃料燃燒產(chǎn)生熱量 Q1（高溫熱源）燃料中化學能 轉化為工作物質的內能。,推動活塞對外做功 W工作物質內能變成機械能,排出廢氣向外界（低溫熱源）放熱 Q2,機械能與內能轉化的方向性的進一步討論,熱機能流圖,燃料產(chǎn)生的熱量Q,輸出機械功W,漏氣熱損,散熱熱損,摩擦熱損,88,效率：由能量守恒定律知道 Q1 = W +Q2 熱機的效率,高溫熱庫,低溫熱庫,Q1,Q2,對外做功,W,熱機的效率小于100%，就不可能把從高溫熱源吸收的熱量全部轉化為機械能，總有一部分熱量散發(fā)到冷凝器或大氣中。,機械能與內能轉化的方向性的進一步討論,熱機工作時的能流分配,99,例如，利用熱機循環(huán)，吸熱可對外作出功來但實際熱機的循環(huán)除了熱變功外，還必定有一定的熱量從高溫熱源傳給低溫熱源，即產(chǎn)生了其它效果 熱全部變?yōu)楣Φ倪^程也是有的，如，理想氣體等溫膨脹。但在這一過程中除了氣體從單一熱源吸熱完全變?yōu)楣ν?，還引起了其它變化，即過程結束時，氣體的體積增大了。,（2）開爾文表述：不可能從單一熱源吸取熱量，使之完全變成有用的功而不產(chǎn)生其他影響。,二.熱力學第二定律,開爾文表述揭示機械能與內能轉化方向性機械能可以全部轉化為內能，而內能無法全部用來做功以轉換成機械能,1010,定律的兩種表述,1111,1.兩種表述是等價的 可以從一種表述導出另一種表述，兩種表述都稱為熱力學第二定律 2.對任何一類宏觀過程進行方向的說明，都可以作為熱力學第二定律的表述。 3.熱力學第二定律的意義 提示了有大量分子參與的宏觀過程的方向性，是獨立于熱力學第一定律的一個重要自然規(guī)律,對熱力學第二定律的理解,1212,第二類永動機,任何物體都具有內能，在地球上貯存量十分豐富的海水總質量約達1.4×1018噸，它的溫度只要降低1，就能釋放相當于1800萬個功率為100萬千瓦的核電站一年的發(fā)電量，足夠全世界使用4000年。而人類都不能利用這種“新能源”，其原因是什么？ 是因為涉及物理學的一個基本定律熱力學第二定律,13,第二類永動機,1.第二類永動機：人們把想象中能夠從單一熱源吸收熱量，全部用來做功而不引起其他變化的熱機叫做第二類永動機。 2.第二類永動機不可能制成！表示機械能和內能的轉化過程具有方向性盡管機械能可以全部轉化為內能，內能卻不能全部轉化成機械能，同時不引起其他變化 3.第一類永動機和第二類永動機 它們都不可能制成，第一類永動機的設想違反了能量守恒定律；第二類永動機的設想雖不違反能量守恒定律，但違背了跟熱現(xiàn)象相聯(lián)系的宏觀自然過程具有方向性的規(guī)律（熱力學第二定律）。,熱力學第二定律的另一種表述就是：第二類永動機不可能制成。,14,小結 ：,熱力學第二定律有常見的兩種表述，提示了有大量分子參與的宏觀過程(即與熱現(xiàn)象有關的宏觀過程)的方向性，第二類永動機不可能制成。,1515,例1.下列說法正確的是 ( ) A在自然條件下，熱傳遞的過程是不可逆的 B熱量不可能由高溫物體傳遞給低溫物體 C氣體的擴散過程具有方向性 D一切形式能量轉化都不具有方向性,AC,1616,例2.根據(jù)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，而不引起其它變化 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，而不引起其它的變化的熱機是可實現(xiàn)的 C致冷系統(tǒng)能將冰箱里的熱量傳給外界較高溫度的空氣中而不引起其它變化 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,AD,1717,例3.根據(jù)熱力學定律和分子動理論，可知下列說法中正確的是（ ） A我們可以利用高科技手段，將流散到周圍環(huán)境中的內能重新收集起來加以利用而不引起其它變化 B利用淺層海水和深層海水之間的溫度差制造一種熱機，將海水的一部分內能轉化為機械能，這在原理上是可行的 C分子間的作用力總是隨分子間的距離增大而減小 D溫度升高時，物體中每個分子的運動速率都將增大,B,1818,