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(共29张PPT)
4.热力学第二定律
第三单元 热力学定律
1物理观念：
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科学思维：
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化、转移以及方向性问题。
3科学探究：
了解能量与能源的区别以及能源的有限性。
4科学态度与责任：
具有学习和研究物理的好奇心与求知欲，能主动与他人合作，尊重他人，能基于证据和逻辑发表自己的见解，实事求是有将物理知识应用于生活和生产实践的意识，勇于探索日常生活有关的物理问题。
核 心 素 养
打碎的玻璃杯能自动复原吗？
一、问题引入
生活中还有哪些现象具有类似特点？
扩散现象进行是有方向的,过程是不可逆的。
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？
覆水难收
君不见黄河之水天上来奔流到海不复回
大家是否发现一些事件的发展过程具有方向性、不可逆性？
在自然界发生的一切过程中能量都是守恒的。
满足能量守恒的过程是否都能实现呢？
知识点一、热力学第二定律
克劳修斯表述：
1.一切与热现象有关的自然过程都是有方向性的。
2.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。
3.热力学第二定律的克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。（传热的方向性）
热量能从低温物体传到高温物体，但不是自发的。
知识点一、热力学第二定律
思考与讨论
电冰箱通电后箱内温度低于箱外温度，并且还会继续降温，直至达到设定的温度。显然这是热量从低温物体传递到了高温物体。这一现象是否违背热力学第二定律呢
低温
冰箱内的食品
高温
冰箱外的空气
自发
外界做功
向压缩机供电
停止供电
电冰箱制冷系统
贮藏的食品
大气
热量
热量
电源
做功
电冰箱工作示意图
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？
热机工作的两个阶段：
开尔文表述
知识点一、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
不可能从单一热库吸收，使之完全变成功，而不产生其他影响。
（1）不仅要从一个热库吸热，而且一定会向另一个热库放热即热机的效率无法达到100%，总会有损耗)。
（2）机械能可以全部转化成内能，但这个过程是不可逆的。
（3）开尔文表述阐述了机械能与内能转化的方向性。
理解：
开尔文
开尔文表述
知识点一、热力学第二定律
不管如何表述，热力学第二定律的实质在于揭示了：一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。
②对任何一类宏观过程进行方向的说明，都可以作为热力学第二定律的表述。例如：气体向真空的自由膨胀是不可逆的。
热力学第二定律的两种表述之间有什么样的关系？
①两种表述是等价的：可以从一种表述导出另一种表述，两种表述都称为热力学第二定律。
一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。
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
由功到热
反映宏观自然过程的方向性的定律就是热力学第二定律。
1. 一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，具有方向性。
能量转化具有方向性
如：机械能可以自发地完全转化为内能，但内能不能自发地且不能完全转化为机械能。
能量转移具有方向性
如：热量可以自发地从高温物体传给低温物体，但不能自发地从低温物体传给高温物体。
知识点二、能源是有限的
2. 能量耗散
能量耗散从能量转化的角度，反映出自然界中的宏观过程具有方向性。
能量耗散： 能量转化过程中，散失到环境中的内能很难收集起来重新利用。
便于利用的能源
不便于利用的能源
利用能源的过程中，能量的总量守恒，但可利用的品质降低，
从便于利用的能源变成不便于利用的能源。
知识点二、能源是有限的
五六十万年前
火的使用是人类在能源利用上的第一个里程碑，使人类脱离了茹毛饮血的时代。
石油时期
柴薪时期
煤炭时期
2000年前
蒸汽机的广泛使用，带动了工业革命和资本主义社会的成长。
19世纪80年代
内燃机的发展推动了19世纪末，20世纪初开始的机械化和电气化进程。
知识点二、能源是有限的
能源的开发
能源
能源的利用
常规能源：煤、石油、天然气等。
新能源：核能、风能、太阳能、海洋能等。
一次能源：煤、石油、天然气、水能、风能等。
二次能源：电能、氢能、焦炭等。
知识点二、能源是有限的
能否再生
能源
可再生能源：水能、风能、潮汐能等。
不可再生能源：石油、煤等。
对环境的影响
清洁能源：太阳能、风能等。
非清洁能源：煤、石油、天然气等。
可循环使用、不断补充
无法在短期内再生
知识点二、能源是有限的
定律 热力学第一定律 热力学第二定律
区别 热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的表现，否定了创造能量和消灭能量的可能性，从而否定了第一类永动机 热力学第二定律是关于在有限空间和时间内，一切和热现象有关的宏观自然过程具有不可逆性的经验总结，从而否定了第二类永动机
联系 两者都是热力学基本定律，分别从不同角度揭示了与热现象有关的物理过程所遵循的规律，二者相互独立，又相互补充，都是热力学的理论基础。 知识点三、热力学第二定律与热力学第一定律的比较
拓展学习：熵与熵增加原理
增熵定律，也被称为熵增定律，是热力学中的一个基本原理。它指出在一个封闭系统内，熵(即系统的混乱程度)总是趋于增加。这个原理可以用来解释许多白然现象和工程实践中的规律。
熵:即系统的混乱程度
典例精析
典例1．
(多选)根据热力学第二定律可知，下列说法中正确的是
A.不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化
B.没有冷凝器，只有单一的热库，能将从单一热库吸收的热量全部用来
做功，而不引起其他变化的热机是可以实现的
C.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
D.如果没有摩擦、漏气等，热机效率可以达到100%
√
√
典例2．
典例精析
下列过程中可能发生的是
A.某种物质从高温热源吸收20 kJ的热量，全部转化为机械能，而没有产
生其他影响
B.打开一高压密闭容器，其内气体自发逸出后又自发跑进去，恢复原状
C.利用其他手段，使低温物体的温度更低，高温物体的温度更高
D.将两瓶不同液体混合，然后它们又自发地各自分开
√
典例3．
典例精析
关于自然过程中的方向性，下列说法正确的是
A.摩擦生热的过程是可逆的
B.凡是符合能量守恒的过程一般都是可逆的
C.涉及热现象的宏观自然过程都具有“单向性”或“不可逆性”
D.空调机既能制冷又能制热，说明传热不存在方向性
√
课堂反馈
1.把水和酒精混合后，用蒸发的方式又可以分开，然后液化恢复到原来的状态，这说明
A.扩散现象没有方向
B.将水和酒精分开时，引起了其他变化，故扩散具有方向性
C.将水和酒精分开时，并没有引起化学变化，故扩散现象没有方向性
D.用本题的实验，无法说明扩散现象是否具有方向性
√
课堂反馈
2.(多选)若有人想制造一种使用于轮船上的机器，它从海水中吸热全部转变为功，而不产生其他影响，关于这种设想，下列说法正确的是
A.这种机器能造成
B.这种机器不能造成
C.这种机器违反了热力学第一定律
D.这种机器违反了热力学第二定律
√
√
一、热力学第二定律
1.反映宏观自然过程的方向性的定律就是热力学第二定律。
2.克劳修斯表述：热量不能自发从低温物体传到高温物体。
①物体间传热过程的方向性
②自发性
3.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。
①热机的效率无法达到100%，总会有损耗。
②机械能与内能转化的方向性
二、能源是有限的
课堂小结

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