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第三章 热力学定律
第3节 热力学第二定律
1.知道什么是可逆过程与不可逆过程,知道热传递的方向性。
2.掌握热力学第二定律的两种表述,并能用热力学第二定律解释第二类永动机不能制成的原因。
一滴红色颜料滴进一杯清水中扩散，整杯水将均匀地变红。从系统的角度来看，扩散之前是一种状态，扩散后是另一种状态。那么，水中扩散后的颜料能否自发地重新聚集在一起，而其余部分又变成清水？
思考与讨论：
能量守恒定律告诉我们，在自然界发生的一切过程中能量都是守恒的，一个导致能量创生或能量消失的过程是不可能出现的。
1.符合能量守恒定律的宏观过程都能自发地进行吗？
2.你是否可以举例证明你的观点？
融化的冰糕，是否可以在同温下是否可以重新凝固？
撒了气的气球，是否可以自发的把散掉的气体重新收集起来？
无数事实告诉我们，自然界中与热现象有关的宏观过程不可能自动地逆向进行。要使它们逆向进行，就必须由外界对它们施加影响。
1.可逆过程：一个系统由某一状态出发，经过某一过程到达另一状态，如果存在另一过程，它能使系统和外界完全复原，即系统回到原来的状态，同时消除原来过程对外界的一切影响，则原来的过程称为可逆过程。
知识点一：可逆过程与不可逆过程
2.不可逆过程：如果用任何方法都不能使系统和外界完全复原，则原来的过程称为不可逆过程
覆水难收、破镜难圆。水从高山流到河谷，不可能自动地流回高处；一滴墨水滴入一杯清水，最终会均匀地扩散开来，不可能再自动地凝成一滴墨水。
热量可自发地由高温物体传给低温物体，或者由物体的高温部分传给低温部分。但是，从未发现过热量自发地由低温物体传给高温物体，或由物体的低温部分传给高温部分，尽管这样的过程并不违背热力学第一定律。
热传递是不可逆过程，具有方向性。
在焦耳的叶轮搅水实验中，重物可自动下落，使叶轮在水中转动，与水相互摩擦使水温上升，这是机械能转化为内能的过程。与此相反的过程，即水温自动降低，产生水流，推动叶轮转动，带动重物上升的过程是不可能发生的，尽管这样的过程不违背热力学第一定律。
功热转化这一热现象是不可逆的，具有方向性。
热传递是内能的转移过程
功热转化是内能的转化过程
过程不可逆
凡是与热现象有关的宏观过程都具有方向性。
在物理学中，反映宏观自然过程的方向性的定律就是热力学第二定律。
克劳修斯
不可能使热量从低温物体传向高温物体而不引起其他变化。
1.克劳修斯表述：
这一表述阐述了热量传递的方向性，并不是热量不能从低温物体转移到高温物体，只是热量不能自发地从低温物体转移到高温物体。
表述中的“不引起其他变化”是指外界不需要做功。如果外界做了一定的功，把热量从低温物体传到高温物体是完全可能的。
知识点二：热力学第二定律及第二类永动机
电冰箱通过电流做功，把热量从冰箱内温度较低的冷冻室、冷藏室传到冰箱外温度较高的空气中，但这一过程要消耗电能，即引起了“其他变化”。
电冰箱和空调机的制冷过程
第一个阶段是燃烧燃料，把燃料中的化学能变成工作物质的内能；
第二个阶段是工作物质对外做功，把自己的内能变成机械能。
热机工作的两个阶段：
2.热机：
热机是消耗内能对外做功的一种装置。
从高温热源吸收的热量，一部分用来对外做功，另一部分传给低温热源
热机对外做的功W < Q（从高温热源吸收的热量）
物理学中，把热机对外做的功跟它从高温热源吸收的热量的比值称为热机的效率，用η表示，即由此可见，热机的效率
在对热机的特点进行分析后，开尔文提出了热力学第二定律的另一种表述
热机对外做的功W < Q（从高温热源吸收的热量）
3.热力学第二定律的开尔文表述：
不可能从单一热源吸取热量，使之完全用来做功而不引起其他变化。
“单一热源”：
是指温度恒定而均匀的热源
“不引起其他变化”：
是指唯一效果是热量全部转变为功，而外界及系统都不发生任何变化。
不正确。克劳修斯表述是说热量不能自发地从低温物体传向高温物体。如果外界做了一定的功,把热量从低温物体传向高温物体是完全可能的,如电冰箱和空调机的制冷过程。
思考1：“热量不可能从低温物体传向高温物体”这种理解正确吗
不正确。开尔文表述表明在不引起其他变化或不产生其他影响的条件下,吸收的热量不能完全用来对外做功,如理想气体的等温自由膨胀过程,系统内能不变,吸收的热量全部对外做功,但却引起了体积的膨胀。
思考2：“功可以完全转化为热,但热不能完全转化为功”这种理解正确吗
历史上曾有人梦想制造一种机器，它可直接从海洋或大气中吸取热量，使之完全转变为机械功。他们认为，海洋和大气的热量是取之不尽的，因而这种机器可永不停息地运转做功。
4.第二类永动机：这种从单一热源吸取热量并使之完全转化为功而不引起其他变化的机器称为第二类永动机
第二类永动机工作原理设想示意图
第二类永动机虽然不违背热力学第一定律，但违背了热力学第二定律，也是不可能实现的。
热力学第二定律也可以表述为：第二类永动机是不可能实现的。
1.根据热力学第二定律，下列判断不正确的是（ ）
A.电流的能不可能全部变为内能
B.在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变为电能
C.热机中，燃气内能不可能全部变为机械能
D.在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温度物体
A
2.下列说法中正确的是（　　）
A.热量能自发地由高温物体传到低温物体
B.热量能自发地由低温物体传到高温物体
C.热量一定不可能由低温物体传到高温物体
D.空调机既能制热又能制冷，说明热传递不存在方向性
A
3.关于热力学第一定律和热力学第二定律，下列论述正确的是（　）
A.热力学第一定律指出内能可以与其他形式的能相互转化，而热力学第二定律则指出内能不可能完全转化为其他形式的能，故这两条定律是相互矛盾的
B.内能可以全部转化为其他形式的能，只是会产生其他影响，故两条定律并不矛盾
C.两条定律都是有关能量的转化规律，它们不但不矛盾，而且没有本质区别
D.其实，能量守恒定律已经包含了热力学第一定律和热力学第二定律
B
4.(多选)如图所示为电冰箱的工作原理示意图。压缩机工作时,强迫制冷剂在冰箱内、外的管道中不断循环。在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量,经过冷凝器时制冷剂液化,放出热量到箱体外。
下列说法正确的是 （ ）
A.热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外
B.电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内
的热量传到外界,是因为其消耗了电能
C.电冰箱的工作原理不违背热力学第二定律
D.电冰箱的工作原理违背热力学第二定律
BC
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
第二类永动机不可能实现
可逆过程与不可逆过程

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