资源简介

热力学第二定律 教案
【基础知识导引】
1．了解涉及热现象的一切宏观过程都是不可逆的。
2．了解什么是第二类永动机，为什么第二类永动机不可能制成．
3．了解热力学第二定律的两种不同的表述，以及这两种表述的物理实质．
【教材内容全解】
1．热传导的方向性
两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，最后达到温度相同．要实现把热量从低温物体传给高温物体(如冰箱制冷过程)必须要借助外界的帮助．
2．第二类永动机
从单一热源吸收热量，可以全部用来做功，而不引起其他变化的热机，称为第二类永动机．
第二类永动机不可以制成的原因是：机械能可以完全转化为内能(物体在粗糙的水平面上滑行停下的过程)，内能不能全部转化为机械能而不引起其他的变化．
实际的热机工作示意图11—6—1所示．
热机从热源1吸收热量，向热源2放出热量对外做的功为W，则有
而热机的效率为．
通常热机的效率一般为20％-60％．
3．热力学第二定律
一些物理过程具有方向性，热传导具有方向性，机械能转化为内能具有方向性，气体的扩散现象具有方向性等等．
热力学第二定律的表述
不可能使热量从低温物体传到高温物体，而不引起其他的变化．
不可能从单一的热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他的变化．
热力学第二定律揭示了自然界中的一个普遍的规律，就是涉及热现象(大量分子参与)的宏观过程具有一定的方向性．
【难题巧解点拨】
例1 “热量能够从高温物体传到低温物体，但是不能从低温物体传到高温物体”这一说法是否正确?为什么?
解析：这一说法是不正确的，热力学第二定律只是说热量不能自发地从低温物体传向高温物体，略去了“自发地”，通过外力做功是可以把热量从低温物体转移到高温物体的，例如电冰箱的制冷就是这一情况，显然冰箱制冷时消耗了电能．引起了其他的变化．
点拨：理解一个规律必须要重视对关键词的理解，本题考查的就是对热力学第二定律的理解，这一点要注意．
例2 有一台热机，从热源甲每小时吸热量为的热量，向热源乙放出的热量，热机传动部分产生的热量为从甲热源吸收热量的10％，求：热机的输出功率和效率?
解：根据热机的工作原理：吸热
放热
传动系统产生的热
输出的能量为
输出的功率为
效率为
点拨：要正确理解热机的能量的转化的过程是解决这一类问题的关键．
【同步练习】
1．根据热力学第二定律判断“功可以全部转化为热，但热不能全部转化为功”这一个说法是否正确?
2．“水往低处流”是一个自发的过程，在无外界的影响时，它的逆过程是否可以实现?你从这一自然的现象得到什么启示?
3．下列过程是可逆的，还是不可逆的?
(1)气缸与活塞的组合中装有气体，当活塞上没有加外力，活塞与气缸的摩擦很大，使气体缓慢地膨胀．
(2)在一个绝热容器内盛有液体，不停地搅动它，使它的温度升高．
(3)在一个绝热的容器中，不同的液体进行混合．
4．有一台四缸四冲程的内燃机，活塞的面积为300，冲程是30cm，在做功的冲程中，活塞所受的平均的压强为，求
(1)在做功的冲程中，燃气做的功是多少?
(2)若飞轮的转速为300r/min，这台内燃机的平均功率是多大?
参考答案
【同步练习】
1．不正确，功可以全部转化为热，在可以有其他变化的情况下，热可以全部转化为功．
2．不可以实现．有些自然现象是具有方向性，不是任何自然现象是可逆的．
3．(1)有摩擦存在，与热相关的物理过程是不可逆的．
(2)由功转化为热的物理过程是不可逆的．
(3)扩散的物理过程是不可逆的．
4．
(点拨：(1)做功冲程中燃气做的功为W=FL 而F=pS
所以
(2)飞轮每转两周，一个气缸中的燃气做功一次，共有四只气缸，四只气缸共做功4次．现在飞轮的转速为300r/min，即每秒转动5周，四只气缸共做功10次，这台内燃机的平均功率为P
注意：热机是把内能转化为机械能的一类机器，在各种热机中，燃料燃烧释放内能，这些内能又传递给工作的物质——水蒸气或者燃气；工作物质获得内能后，膨胀做功，把一部分内能转化为机械能，同时自己的内能减少，温度降低．)

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