资源简介

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第四节
热力学第二定律
第三章 热力学定律
学习目标
1
新课讲解
3
新课导入
2
经典例题
4
课堂练习
5
本课小结
6
目录
学习目标
1.通过对自然界中与热现象有关的宏观过程方向性的实例分析，了解归纳热力学第二定律的过程和方法。
2.能用热力学第二定律解释常见的不可逆过程，即自然界中的能量转换、转移以及方向性问题。
3.了解能量与能源的区别以及能源的有限性。
新课导入
将一块烧红的铁块投入冷水中，会发生什么现象？
铁块的温度降低，水的温度升高，最终两者温度相同。
会不会出现铁块温度更高，水的温度更低的情况？
宏观自然过程的方向性
覆水难收
思考
一些事件的发展过程是不是具有方向性、不可逆性
水往低处流
宏观自然过程的方向性
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？
电冰箱制冷系统
贮藏的食品
大气
热量
热量
电源
做功
宏观自然过程的方向性
热传导的方向性
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。
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。
宏观自然过程的方向性
气体扩散具有方向性
思考
均匀混合的空气与溴气过一段时间会不会自发地变的界线分明？
宏观自然过程的方向性
机械能和内能的转化具有方向性
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。
思考
我们能不能看到这样的现象：一个放在水平地面上的物体，靠降低温度，可以把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来。
宏观自然过程的方向性
物体间的传热
气体的膨胀
扩散现象
有摩擦的机械运动
热现象
特定的方向
温度由高到低
体积由小到大
密度由密到疏
由机械能到内能
反映宏观自然过程的方向性的定律就是热力学第二定律。
第一节
热力学第二定律
热力学第二定律
热力学第二定律
在物理学中，反映宏观自然过程的方向性的定律。
克劳修斯
①热力学第二定律的克劳修斯表述：
热量不能自发从低温物体传到高温物体。
②热力学第二定律的开尔文表述：
不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。
热力学第二定律
①物体间传热过程的方向性
高温
低温
自发
②自发性：
不需要第三者介入、也不会对任何第三者产生影响。
外界做功
外界环境发生变化
热力学第二定律
柴油机
汽缸
燃料的化学能
工作物质的内能
机械能
对外做功
燃烧
燃料产生的热量Q
输出机械功W
漏气热损
散热热损
摩擦热损
W < Q
思考：假设能避免这些损失，热机燃料产生的热量 Q = W ？
热力学第二定律
高温热库
低温热库
Q
W
燃料在燃烧(高温物体)
冷凝器或大气(低温物体)
自发
热机在工作过程中必然排出部分热量，热机用于做功的热量一定小于它从高温热库吸收的热量，即
W < Q
热力学第二定律
①热机的效率无法达到100%，总会有损耗。
机械能
内能（热）
全部转化（自发）
对第三者有影响
②机械能与内能转化的方向性：
第二节
能量是有限的
能量是有限的
自然界的一切变化，人类社会的所有活动，都伴随着能量的转移和转化，能量是一切物质运动的源泉，是一切生命活动的基础。
柴薪时期
煤炭时期
石油时期
能量守恒定律
能量耗散
能源的使用过程中虽然能量的总量保持守恒，但能量的品质下降了。虽然能量总量不会减少，但能源会逐步减少，因此能源是有限的资源。
机械能、电能、光能、声能、化学能、核能、生物能……最终都转化成内能，流散到周围环境中，无法重新自动
聚集起来加以利用的现象。
是指具有高品质的容易利用的储能物质。
能源
拓展：熵增
熵及熵增加原理
1.熵：熵可用来表达一个系统的无序程度,系统从有序向无序的发展过程中熵在增加。
2.熵增加原理：在自发过程中,系统总是自发地向无序方向发展,即一个孤立系统的熵值总是不减少的。
拓展：第二类永动机
第二类永动机：只从单一热源吸收热量，使之完全变为有用功而不引起其他变化的热机。
第二类永动机不可能制成：这类热机虽然不违背能量守恒定律，但因为机械能和内能具有方向性，热机在工作过程中要排除部分能量，所以第二类永动机不可能制成。
热力学第二定律的一种特殊表述：第二类永动机不可能制成
经典例题
下列说法正确的是（ ）
A．机械能全部变成内能是不可能的
B．第二类永动机不可能制造成功的原因是因为能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一个物体转移到另一个物体，或从一种形式转化成另一种形式
C．根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体
D．从单一热源吸收的热量全部变成功是可能的
D
（多选）根据热力学第二定律，下列判断正确的（ ）
A．热机中燃气的内能不可能全部变成机械能
B．电流的能不可能全部变成内能
C．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变成电能
D．在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体
ACD
（多选）下列说法正确的是（ ）
A．在自然条件下，热传递的过程是不可逆的
B．热量不可能由高温物体传递给低温物体
C．气体的扩散过程具有方向性
D．一切形式能量转化都不具有方向性
AC
下列说法中可行的是（ ）
①将地球上所有海水的温度降低0.1℃，以放出大量内能供人类使用
②制造一种机器，把物体与地面摩擦所产生的热量全部收集起来再全部加以使用
③建造一只可以从海洋中提取热量的船，把热量转化为机械能，驱动螺旋桨旋转
④制造一种效率为100％的热机
A．①可行 B．①④可行 C．②④可行 D．①②③④都不可行
D
当堂检测
(多选)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高温物体，而不引起其他变化
AD
根据热力学定律和分子动理论，可知下列说法中正确的是（ 　）
A．我们可以利用高科技手段，将流散到周围环境中的内能重新收集起来加以利用而不引起其它变化
B．利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能，这在原理上是可行的
C．分子间的作用力总是随分子间的距离增大而减小
D．温度升高时，物体中每个分子的运动速率都将增大
B
本课小结
热力学第二定律
宏观自然过程的方向性
热力学第二定律
热力学第二定律克劳修斯表述
热力学第二定律开尔文表述
能源是有限的
第二类永动机
熵和熵增加原理

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