广东省江门一中(人教版)高中物理选修3-3课件 10.4《热力学第二定律》 (共27张PPT)
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温的 度温铁 相度块 同升的 ．高温 ，度 最降 终低 两， 者水
什投 么入 将 现冷 一 象水 块 ？中 烧 ，红 会的 发铁 生块
将烧红的铁块投入水中， 结果会不会铁块温度更高，水 的温度更低？
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？
因为电冰箱消耗 了电能，对制冷系 统做了功，一旦切 断电源，电冰箱就 不能把其内部的热 量传给外界的空气 了．相反，外界的 热量会自发地传给 电冰箱，使其温度 逐渐升高．
违背克劳修斯表述一定违背开尔文表述
如果克劳修斯表述不成立，则可制成一个无功致冷机，将它同另一个热机组成复 合机，如图所示，就可使复合机成为一单热源热机，即开尔文表述也不成立。
大气
电冰箱制 冷系统
贮藏的 食品
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。
•
气 体 扩 散 具 有 方 向 性
点击下图观看视频
思考 会不会有这样的现象：均匀混合的空气与
热源
热机
冷凝器
机械能和内能转化具 有方向性。
气 体 膨 胀 具 有 方 向 性
点击下图观看视频
思考：有没有这样的‚逆过程‛：从瓶中冲出
去的气体又自动回到瓶中，瓶中气体的压强达到了 将瓶塞冲开时的压强。
共同特征：
一切与热现象有关的宏观自然过 程都是不可逆的。 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 （second law of thermodynamics).
•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。（开尔文表述）
热源
热机
冷凝器
说明：
（1）开尔文表述否定了第二类永动机的可能性。历史上曾有人企图制造‚一种 循环动作的热机，只从单一热源吸收热量，使之全部变为功，而不向低温热源放出 热量，或者说不引起其它变化。‛这种热机称为第二类永动机或单热源热机，其效 率η=100%。虽然它不违背热力学第一定律，但它违背了热力学第二定律的开尔文 表述。 （2）开尔文表述中强调了‚在不产生其他影响的条件下，‘热’不能全部变为 ‘功’。‛如果允许‚其他影响‛发生，热可以全部变为功。例如气缸中理想气体 作等温膨胀时，气体从恒温热源吸收的热量就可以全部用来对外做功。但气体‚体 积和压强‛发生了变化，它不能循环动作返回原状态。
违背开尔文表述一定违背克劳修斯表述
如果开尔文表述不成立，可制成一个单热源热机，将它同另一个制冷机组成复 合机，如图所示，其总效果相当于一个无功致冷机，于是克劳修斯表述也就不成立。
开尔文表述实质说明功变热过程的不可逆性，克 劳修斯表述则说明热传导过程的不可逆性，两种表述 是等价的。可用反证法证明。
T2──低温热源 Q2──热量通过假想装置自 动地从T2传向T1 Q1──卡诺热机从T1吸热 A ──卡诺热机对外作功
1，按热传递的方向性来表述 2，是按机械能与内能转化过 程的方向来表述。
任何一类宏观自然过程进行 方向的说明都可以作为热力学第 二定律的表述。
开尔文表述实质说明功变热过程的不可逆性，克 劳修斯表述则说明热传导过程的不可逆性，两种表 述是等价的。可用反证法证明。
Q1──热机从T1吸热 A ──热机输出功 Q2──热机从T2吸热 Q1+Q2──致冷机向T1放热
有人提出这样一种设想，发明一 种热机，用它把物体与地面摩擦所 生的热量都吸收过来并对物体做功， 将内能全部转化为动能，使因摩擦 停止运动的物体在地面上重新运动 起来，而不引起其它变化．
热机是一种把内能转化为机械能的装置
• 气缸中的气体得到 燃料燃烧时产生的 热量Q1 • 推动活塞做功W • 排出废气，同时把 热量Q2散发到大气 中。 • Q1=W+Q2 • 热机效率η=W/Q1
• 热量不能自发地从低温 物体传到高温物体。 （克劳修斯表述）
说明：
（1）克劳修斯表述中强调了‚在不引起其它的变化的条件下，热量不可能自发 地从低温物体传到高温物体。‛ （2）如果允许‚其它变化‛，例如利用致冷机做功，热量可以从低温物体传到 高温物体上，而致冷机做功就属于‚其它变化‛。 （3）如果设想克劳修斯表述不成立，即在无任何外界做功的情况下，热量就能 从低温热源传向高温热源。按此设想就可制成一种无功致冷机，如图所示，它无需 消耗功就能致冷。克劳修斯表述否定了这种可能性。
溴气过一段时间会自发地变的界线分明 ？
气 体 扩 散 具 有 方 向 性动画：气体扩散的方向性
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。
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．
什投 么入 将 现冷 一 象水 块 ？中 烧 ，红 会的 发铁 生块
将烧红的铁块投入水中， 结果会不会铁块温度更高，水 的温度更低？
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？
因为电冰箱消耗 了电能，对制冷系 统做了功，一旦切 断电源，电冰箱就 不能把其内部的热 量传给外界的空气 了．相反，外界的 热量会自发地传给 电冰箱，使其温度 逐渐升高．
违背克劳修斯表述一定违背开尔文表述
如果克劳修斯表述不成立，则可制成一个无功致冷机，将它同另一个热机组成复 合机，如图所示，就可使复合机成为一单热源热机，即开尔文表述也不成立。
大气
电冰箱制 冷系统
贮藏的 食品
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。
•
气 体 扩 散 具 有 方 向 性
点击下图观看视频
思考 会不会有这样的现象：均匀混合的空气与
热源
热机
冷凝器
机械能和内能转化具 有方向性。
气 体 膨 胀 具 有 方 向 性
点击下图观看视频
思考：有没有这样的‚逆过程‛：从瓶中冲出
去的气体又自动回到瓶中，瓶中气体的压强达到了 将瓶塞冲开时的压强。
共同特征：
一切与热现象有关的宏观自然过 程都是不可逆的。 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 （second law of thermodynamics).
•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。（开尔文表述）
热源
热机
冷凝器
说明：
（1）开尔文表述否定了第二类永动机的可能性。历史上曾有人企图制造‚一种 循环动作的热机，只从单一热源吸收热量，使之全部变为功，而不向低温热源放出 热量，或者说不引起其它变化。‛这种热机称为第二类永动机或单热源热机，其效 率η=100%。虽然它不违背热力学第一定律，但它违背了热力学第二定律的开尔文 表述。 （2）开尔文表述中强调了‚在不产生其他影响的条件下，‘热’不能全部变为 ‘功’。‛如果允许‚其他影响‛发生，热可以全部变为功。例如气缸中理想气体 作等温膨胀时，气体从恒温热源吸收的热量就可以全部用来对外做功。但气体‚体 积和压强‛发生了变化，它不能循环动作返回原状态。
违背开尔文表述一定违背克劳修斯表述
如果开尔文表述不成立，可制成一个单热源热机，将它同另一个制冷机组成复 合机，如图所示，其总效果相当于一个无功致冷机，于是克劳修斯表述也就不成立。
开尔文表述实质说明功变热过程的不可逆性，克 劳修斯表述则说明热传导过程的不可逆性，两种表述 是等价的。可用反证法证明。
T2──低温热源 Q2──热量通过假想装置自 动地从T2传向T1 Q1──卡诺热机从T1吸热 A ──卡诺热机对外作功
1，按热传递的方向性来表述 2，是按机械能与内能转化过 程的方向来表述。
任何一类宏观自然过程进行 方向的说明都可以作为热力学第 二定律的表述。
开尔文表述实质说明功变热过程的不可逆性，克 劳修斯表述则说明热传导过程的不可逆性，两种表 述是等价的。可用反证法证明。
Q1──热机从T1吸热 A ──热机输出功 Q2──热机从T2吸热 Q1+Q2──致冷机向T1放热
有人提出这样一种设想，发明一 种热机，用它把物体与地面摩擦所 生的热量都吸收过来并对物体做功， 将内能全部转化为动能，使因摩擦 停止运动的物体在地面上重新运动 起来，而不引起其它变化．
热机是一种把内能转化为机械能的装置
• 气缸中的气体得到 燃料燃烧时产生的 热量Q1 • 推动活塞做功W • 排出废气，同时把 热量Q2散发到大气 中。 • Q1=W+Q2 • 热机效率η=W/Q1
• 热量不能自发地从低温 物体传到高温物体。 （克劳修斯表述）
说明：
（1）克劳修斯表述中强调了‚在不引起其它的变化的条件下，热量不可能自发 地从低温物体传到高温物体。‛ （2）如果允许‚其它变化‛，例如利用致冷机做功，热量可以从低温物体传到 高温物体上，而致冷机做功就属于‚其它变化‛。 （3）如果设想克劳修斯表述不成立，即在无任何外界做功的情况下，热量就能 从低温热源传向高温热源。按此设想就可制成一种无功致冷机，如图所示，它无需 消耗功就能致冷。克劳修斯表述否定了这种可能性。
溴气过一段时间会自发地变的界线分明 ？
气 体 扩 散 具 有 方 向 性动画：气体扩散的方向性
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。
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．