2020年湖北华科附中高中物理竞赛辅导(08热力学基础)D热力学第二定律

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2020年湖北华科附中高中物理竞赛辅导(08热力学基础)D热力学第二定律

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(共13张PPT)
2020
全国高中物理竞赛
华科附中辅导课件
(含竞赛真题练习)
The Second Law of Thermodynamics
第5节 热力学第二定律
一、可逆过程与不可逆过程
1. 可逆过程
若在某过程中系统由 a态变化到b态。如能使
系统由 b 态 回到 a 态,且周围一切也各自恢
复原状,那么 ab 过程称为可逆过程。
无摩擦的准静态过程都是可逆的, 即
P-V 图上的过程.
可逆过程是一种理想情况,实际上散热、
摩擦等情况总是存在的,并且实际过程也不
可能“无限缓慢地进行”.
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2. 不可逆过程
若在某过程中系统由 a态变化到b态。如果系统恢复不了原态,ab就是不可逆的;若系统恢复了原态却引起了外界的变化,ab也是不可逆的。
比如:
(2)热量自动从高温物体传到低温物体的过程
(3)气体的自由膨胀过程
(1)功变热的过程
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二、自然过程的方向
1. 功 — 热转换
例:摩擦生热,
摩擦使功变热过程不可逆。
热?功的过程,如:热机
热?功的同时产生了其他效果
—— 将Q2热量传给T2
又如:理想气体的等温膨胀 Q = A
但也产生了其他效果
——体积增加
即:唯一效果是一定量热全变成功的过程不
可能发生。
结论:自然界里功热转换过程具有方向性
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2. 热传导
两物体达热平衡过程:
是热从高温物体 低温物体
自动地
结论:自然界里热传导过程具有方向性
3. 气体的自由膨胀
显然气体的自由膨胀过程也是不可逆的
总之:
一切与热现象有关的实际宏观过程都是
不可逆的。
三、热力学第二定律
(2)开尔文表述
不可能制成一种循环动作的
热机,只从单一热源吸取热量,
使之完全变为有用的功而不产生
其它任何变化。
第二类永动机是不可能制成的!
1. 定律的两种表述
(1)克劳修斯表述
热量不能自动地从低温物体
传向高温物体。
等价说法:
两种表述是等价的!
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注意:
1? 若不是“循环动作”的热机,只从单一热源吸热,
使之完全变为有用的功而不放热,是可以实现的。
2? 注意“自动地”几个字。热量自动地由低温物体传
到高温物体,不违反热力学第一定律,但违背了热力
学第二定律。
3? 热力学第二定律的深刻含意在于它实际上说明了热
力学过程具有方向性这一普遍规律。
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2. 热力学第二定律的微观解释
从微观上看,任何热力学过程总包含大
量分子的无序运动状态的变化。热力学第二
定律给出了变化的规律。
(1)热功转换


机械能
内能
自动地进行
结论:热功转换的自动过程总是使大量分子的
运动从有序状态向无序状态转化。
大量分子
有序运动
大量分子
无序运动
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(2)热传导
高温
低温
自动地
传递Q
两系统可区分
两系统变得不可区分
热传导使系统
的无序性增大
高温
低温
自动地
传递Q
反之
无序
有序
不可能
自动地
结论:热传导的自然过程总是沿着使大量分
子的运动向更加无序的方向进行。
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(3)气体的自由膨胀……(让学生自己说明)
热力学第二定律的微观解释:
注意:该定律是涉及大量分子运动的无序性变
   化规律, 是统计规律, 只适用于包含大量
   分子的系统。
热力学第一定律说明: 任何过程必须能量守恒
那么, 热力学第二定律是否有定量的描述?
热力学第二定律则说明:
并非所有的能量守恒过程都能实现
(热力学第二定律反映了自然界实际过程的方向性)
一切自然过程总是沿着使系统的无序性
增大的方向进行。
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