§10.4热力学第二定律
热力学第二定律
违背热力学第一定律的过程都不可能发生。 不违背热力学第一定律的过程不一定都可以 发生。
第一类永动机和第二类永动机比较
它们都不可能制成，第一类 永动机的设想违反了能量守恒定 律；第二类永动机的设想虽不违 反能量守恒定律，但违背了跟热 现象相联系的宏观过程具有方向 性的自然规律。
总结；机械能和内能的转化过程具有方向性 机械能可以全部转化成内能，但内能却不能 全部转化成机械能，同时不引起其他变化。
热力学第二定律的开尔文表述
不可能从单一热源吸收热量，使之完全变 成功,而不产生其他影响。
第二类永动机：人们把想象中能够从单一 热源吸收热量，全部用来做功而不引起 其他变化的热机叫做第二类永动机。
高二物理
第十章第四节
热力学第二定律
一个值得深思的问题： ？？？
既然能量是守 恒的，不能创造， 也不会消失，那我 们为什么还要节约 能源呢？
扩散现象有方向性
热传递有方向性
机械能和内能的转化有方向性
气体的膨胀有方向性
一、热力学第二定律的一种表述:
热量不能自发地从低温物体传到高温 物体。这是热力学第二定律的克劳修斯表 述。
BD
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。
AC
考点：
热力学第一定律：
C
ΔU=W+Q
热力学第二定律的开尔文表述:
不可能从单一热源吸 收热量，使之完全变成功,而 不产生其他影响。
谢谢
作业：
第二类永动机不可能制成
定律的两种表述
热量不能自发地从低温物体传到高温体（不可能将热量 从低温物体传到高温物体而不引起其它变化）。
热力学第二定律
热力学第二定律热力学第二定律是热力学领域中的基本定律之一，它描述了自然界中的物质运动和能量转化的方向性。
本文将详细介绍热力学第二定律的概念、原理及其在热力学系统中的应用。
1. 热力学第二定律的概念热力学第二定律是指在孤立系统中，任何自发过程都会导致熵的增加，而不会导致熵的减少。
其中，孤立系统是指与外界没有物质和能量交换的系统，熵是描述系统无序程度或混乱程度的物理量。
2. 热力学第二定律的原理热力学第二定律有多种表述形式，其中最常用的是凯尔文-普朗克表述和克劳修斯表述。
2.1 凯尔文-普朗克表述凯尔文-普朗克表述认为不可能通过单一热源从热能的完全转化形式（即热量）中提取能量，并将其完全转化为功。
该表述包括两个重要概念：热机和热泵。
热机是指将热能转化为功的设备，而热泵则是将低温热源的热量转移到高温热源的设备。
2.2 克劳修斯表述克劳修斯表述认为不可能存在这样的过程：热量从低温物体自发地传递到高温物体。
这一表述可由热力学第一定律和熵的概念推导得出。
3. 热力学第二定律的应用热力学第二定律在能量转化和机械工程领域具有广泛的应用。
以下将介绍几个实际应用。
3.1 热机效率根据热力学第二定律，热机的效率不可能达到100%，即不可能将一定量的热能完全转化为功。
热机的效率定义为输出功与输入热量之比，常用符号为η。
根据卡诺热机的理论，热机的最高效率与工作温度之差有关。
3.2 热力学循环过程热力学循环过程是指系统在经历一系列状态变化后，最终回到初始状态的过程。
根据热力学第二定律，热力学循环过程中所涉及的热机或热泵的效率不可能大于卡诺循环的效率。
3.3 等温膨胀过程等温膨胀过程是热力学第二定律的应用之一。
在等温膨胀过程中，系统与热源保持恒温接触，通过对外做功来改变系统的状态。
根据热力学第二定律，等温膨胀过程无法实现自发进行，必须进行外界功输入才能实现。
4. 热力学第二定律的发展和突破随着科学技术的发展，人们对热力学第二定律的认识不断深化。
10.456热力学第二定律及其微观解释
热力学第二定律的微观意义： 一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性 增大的方向进行。 不可逆过程的本质： 系统从热力学概率小的状态向热力学概率大 的状态进行的过程。 自发过程的规律： 概率小的状态（有序）→概率大的状态（混乱） 热力学第二定律的统计表述： 孤立系统内部所发生的过程总是从微观态 数少的宏观态向微观态数多的宏观态过渡，从热 力学几率小的状态向热力学几率大的状态过渡。
四、熵
1、1877年，玻耳兹曼引入熵，表示系统无序性 的大小 S∝lnΩ ①Ω表示某一宏观态所对应的微观态数目，称为 该宏观态的热力学概率。 ②Ω越大，宏观态出现的概率越大，无序度越大 2、1900年，普朗克引入系数 k —玻耳兹曼常数 S=klnΩ 3、熵增加原理：在任何自然过程中，一个孤立 系统的总熵是不会减少的。 ①孤立系统熵增加过程是系统热力学概率增大的 过程（即无序度增大的过程），是系统从非平衡 态趋于平衡态的过程，是一个不可逆过程。
10.4 热力学第二定律
教学目标
1.了解热传递过程的方向性。 2.知道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。 3.知道什么是第二类永动机，为什么第 二类永动机不可能制成。
热力学第一定律告诉我们：
在一切热力学过程中能量必须守恒。
问题
满足能量守恒的过程是否都能实现呢？
2、下面关于熵的说法错误的是（ B ） A．熵是物体内分子运动无序程度的量度
B．在孤立系统中，一个自发的过程总是 行
向熵减少的方向进
C．热力学第二定律的微观实质是熵是增 加的，因此热力学第 二定律又叫熵增加原理 D．机械能转化为内能的过程是系统的熵增加的过程
3、从微观角度看（ ） ABE A．热力学第二定律是一个统计规律 B．一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展
高中物理 10.4热力学第二定律的微观解释
高中物理| 10.4热力学第二定律的微观解释热力学第二定律的本质自然界一切与热现象有关的宏观过程都是不可逆的。
1.有序和无序有序：只要确定了某种规则，符合这个规则的就叫做有序。
无序：不符合某种确定规则的称为无序。
无序意味着各处都一样，平均、没有差别，有序则相反。
有序和无序是相对的。
2.宏观态和微观态宏观态：符合某种规定、规则的状态，叫做热力学系统的宏观态。
微观态：在宏观状态下，符合另外的规定、规则的状态叫做这个宏观态的微观态。
系统的宏观态所对应的微观态的多少表现为宏观态无序程度的大小。
如果一个“宏观态”对应的“微观态”比较多，就说这个“宏观态”是比较无序的，同时也决定了宏观过程的方向性——从有序到无序。
3.热力学第二定律的统计意义对于一个热力学系统，如果处于非平衡态，我们认为它处于有序的状态，如果处于平衡态，我们认为它处于无序的状态。
在热力学中，序：区分度。
热力学第二定律的微观意义：一切自然过程总是沿着无序性增大的方向进行。
下面从统计观点探讨过程的不可逆性微观意义，并由此深入认识第二定律的本质。
不可逆过程的统计性质——以气体自由膨胀为例一个被隔板分为A、B相等两部分的容器，装有4个涂以不同颜色的气体分子。
开始时，4个分子都在A部，抽出隔板后分子将向B部扩散并在整个容器内无规则运动。
隔板抽出后，4个气体分子在容器中可能的分布情形1023/mol，这些分子全部退回到A部的几率为。
此数值极小，意味着此事件永远不会发生。
一般来说，若有N个分子，则共有2N 种可能方式，而N个分子全部退回到A部的几率1/2N.对于真实理想气体系统N热力学第二定律的微观意义一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。
不可逆过程的本质系统从热力学概率小的状态向热力学概率大的状态进行的过程。
自发过程的规律：概率小的状态（有序）→概率大的状态（混乱）统计物理基本假定—等几率原理：对于孤立系，各种微观态出现的可能性（或几率）是相等的。
热力学第二定律-PPT课件
答案 C
18
典例精析 二、热力学第一定律和热力学第二定律
返回
【例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
答案 B
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典例精析 一、热力学第二定律的基本考查 返回
【例2】 如图1中汽缸内盛有一定质量的理想气体，汽缸壁是 导热的，缸外环境保持恒温，活塞与汽缸壁的接触是光滑的， 但不漏气，现将活塞杆缓慢向右移动，这样气体将等温膨胀并 通过活塞对外做功．若已知理想气体的内能只与温度有关，则 下列说法正确的是( )
的是( D )
A．随着低温技术的发展，我们可以使温度逐渐降低，并最终达 到绝对零度
B．热量是不可能从低温物体传递给高温物体的 C．第二类永动机遵从能量守恒定律，故能制成 D．用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做功2.0×105 J，同时空
气向外界放出热量1.5×105 J，则空气的内能增加了0.5×105 J
解析 由于汽缸壁是导热的，外界温度不变，活塞杆与外界连 接并使其缓慢地向右移动过程中，有足够时间进行热交换，所 以汽缸内的气体温度也不变，要保持其内能不变，该过程气体 是从单一热源即外部环境吸收热量，即全部用来对外做功才能 保证内能不变，但此过程不违反热力学第二定律．此过程由外 力对活塞做功来维持，如果没有外力对活塞做功，此过程不可 能发生．
程都具有
，都是不可逆的．
方向性
7
一、热力学第二定律 返回 延伸思考
热传导的方向性能否简单理解为“热量不会从低温物体传给高温物 体”？ 答案 不能．
热力学第二定律
热力学第二定律热力学第二定律是热力学中一条重要的基本定律，它描述了能量在自然界中传递和转化的方向性。
本文将围绕热力学第二定律展开讨论，从基本原理、熵增定律和热机效率等方面进行深入解析。
一、热力学第二定律的基本原理热力学第二定律的基本原理可以通过几种不同的形式来表达，其中最常见的是开尔文计划和克劳修斯表述。
无论采用何种表述形式，热力学第二定律的核心思想都是能量在自然界中的传递必然是向着熵增的方向进行的。
二、熵增定律熵是热力学中的一个重要概念，可以用来描述系统的无序程度。
熵增定律可以概括为，在一个孤立系统中，熵总是趋于增加的。
这意味着在自然界中，所有的自发过程都是无法恢复的，而系统的状态会趋向于更加混乱。
三、热机效率热机效率是衡量热机性能的重要指标，它可以用来评估热量转化为有用功的能力。
根据卡诺定理，所有工作于同一温度源的热机中，效率最高的是卡诺热机，其效率与工作温度有关。
四、热力学第二定律的应用热力学第二定律在工程实践中有着广泛的应用。
例如，在能源领域，热力学第二定律可以告诉我们如何提高能源利用率，降低能源损耗。
此外，热力学第二定律也与生态系统的可持续发展密切相关，能够引导我们在资源利用和环境保护方面做出更加科学的决策。
五、热力学第二定律的发展与挑战虽然热力学第二定律已经在科学界得到广泛认可，并在实践中得到了应用，但仍然存在一些概念和理论上的挑战。
例如，热力学第二定律的微观基础仍不十分明确，人们仍在探索更加深入的机制解释。
此外，与量子力学和相对论等领域的结合也是一个重要的研究方向。
结语热力学第二定律是热力学的基石，对于能量传递和转化过程的理解具有重要意义。
通过对热力学第二定律的研究和应用，我们可以更好地理解自然界中的各种现象，并为能源利用和环境保护等问题提供科学的解决方案。
尽管热力学第二定律仍然存在一些挑战，但随着科学技术的进步，我们相信对于这一定律的认识将会不断深化和完善。
2012高二物理课件 10.4 热力学第二定律 (人教版选修3-3)
【方法技巧】热力学第二定律的解题关键 (1)解决有关热力学第二定律问题的关键是熟记两种表述，并 理解两种表述的等效性. (2)抓住热力学第二定律的实质是自然界中所有涉及热现象的 宏观过程都具有方向性.
(3)热量可以从高温物体传到低温物体，也可以从低温物体传
到高温物体，只不过前者能自发地进行，后者必须借助外界 的帮助. (4)机械能可以全部转化为内能，而内能要全部转化为机械能 的话，势必会引起其他变化.
B.热力学第二定律是通过大量自然现象的不可逆性总结出来 的经验定律 C.热力学第二定律是物理学家从理论推导得出来的结果 D.由于热力学第二定律没有理论和实验的依据，因此没有实 际意义
【解析】选B.热力学第二定律是物理学家通过对大量自然现 象的分析，又总结了生产和生活经验得到的结论，是一个经 验定律，它并不能通过理论和实验来证明，但它符合客观事
B.内能可以完全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
【解析】选B.热力学第一定律和热力学第二定律并不矛盾，
对于机械能和内能的转化所具有的方向性也是存在的，故B正
【解析】示意图如图所示.
一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性. 答案：见解析
程既不违背热力学第一定律的能量守恒，又符合热力学第二 定律的方向性.因此题中指标没有错误. 答案:见标准解答
一、选择题 1.(2010·烟台高二检测)热力学第二定律使人们认识到自然 界中进行的涉及热现象的宏观过程( A.都具有方向性 B.只是部分具有方向性 C.没有方向性 D.无法确定是否具有方向性 )
10.4热力学第二定律10.5热力学第二定律的微观解释
3.热力学第二定律使人们认识到，自 然界中进行的涉及___热_____现象的宏 观过程都具有___方__向___性，例如机械 能可以___全__部___转化为内能，但内能 ___不_能___全部转化为机械能，而不引
起其他变化．
10.5 热力学第二定律的微观解释
自然过程总是向着使系统热力学几 率增大的方向进行。
注意：微观状态数最大的平衡态 状态是最混乱、最无序的状态。
一切自然过程总是沿着无序性增 大的方向进行。
熵和系统内能一样都是一个状态函数，仅由 系统的状态决定。从分子运动论的观点来看， 熵是分子热运动无序(混乱)程度的定量量度。 一个系统的熵是随着系统状态的变化而变化的。 在自然过程中，系统的熵是增加的。 在绝热过程或孤立系统中，熵是增加的，叫做 熵增加原理。对于其它情况，系统的熵可能增 加，也可能减小。 从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计 规律：一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大 的状态发展，而熵值较大代表着较为无序，所 以自发的宏观过程总是向无序程度更大的方向 发展。
统计物理基本假定—等几率原理：对于孤 立系，各种微观态出现的可能性（或几率） 是相等的。
各种宏观态不是等几率的。那种宏 观态包含的微观态数多，这种宏观 态出现的可能性就大。
定义热力学几率：与同一宏观态相应 的微观态数称为热力学几率。记为 。
在上例中，均匀分布这种宏观态，相应 的微观态最多，热力学几率最大，实际观测 到的可能性或几率最大。
课堂小结
1、有序和无序 宏观态和微观态
一切自然过程总是沿着分子热运动的无序 性增大的方向进行。
系统的宏观态所对应的微观态的多少表现 为宏观态无序程度的大小。如果一个“宏观 态”对应的“微观态”比较多，就说这个 “宏观态”是比较无序的，同时也决定了宏 观过程的方向性——从有序到无序 。
10.4热力学第二定律
6．下列关于热机的说法中，正确的是（ AD ） A.热机是把内能转化为机械能的装置 B.热机是把机械能转化为内能的装置 C.只要对内燃机不断进行革新，它可以把气体 的内能全部转化为机械能 D.即使没有漏气、也没有摩擦等能量损失，内 燃机也不能把内能全部转化为机械能
量子理论预示，真空中蕴藏着巨大的本底能量， 它在绝 对零度条件下仍然存在， 称为真空零点能。
永动机的研究不难发现，要保证能量的守恒就必须 保证其内部能量的能量不对外发散，可我们知道任 何一种物质都会通过做功产生热量，而这种热量的 传递是无法避免的，但这不意味着永动机不存在。 在我们生活的世界里，这个世界是能量守恒的，那 么既然能量是守恒的，就必须保证这个世界的能量 不向另一个世界传递才是，所以可以肯定我所生活 的这个世界其实就是一个“永动机”。为什么人类 不能创造出永动机呢？因为永动机是要保持内部能 量守恒的，也就是内部的能量是一定的，可是我们 制造永动机是为了人类生活提供服务的，如果它为 人类生活提供能量的，那这里的能量只能从它的内 部提供，它向外界提供了能量，自己本身内部的能 量就改变了，所以能量就不守恒了，它就不是真正 意义上的“永动”了。也许永动机在未来研究出来 后并不会对现实意义上有多大帮助，但是对于整个 世界的起源来说就意义重大了。
1.下列哪些物理过程具有方向性（ ） ABCD A. 热传导过程 B．机械能和内能的转化过程 C．气体的扩散过程 D．气体向真空中膨胀的过程。
3．下列说法中正确的是（ C ） A.热量可以自发地从低温物体传给高温物体 B.内能不能转化为动能 C.摩擦生热是动能向内能的转化 D.热机的效率最多可以达到100％
第十章
热力学定律
4
热力学第二定律
热力学第二定律 课件
拓展二 热力学第一、第二定律的比较及两类永动机 的比较
1．一个放在水平地面上的物体，靠降低温度，能不 能把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来？
提示：不可能，机械能和内能的转化过程具有方向性， 内能转化成机械能是有条件的．
2．什么是第二类永动机？为什么第二类永动机不可 能造成？
提示：能够从单一热源吸收热量并把它全部用来做 功，而不引起其他变化的热机称为第二类永动机．第二类 永动机不可能制成的原因是因为机械能和内能转化过程 具有方向性，尽管机械能可以全部转化为内能，但内能却 不能全部转化为机械能，而不引起其他变化．
提示：不会降低室内的平均温度．若将一台正在工作 的电冰箱的门打开，尽管可以不断向室内释放冷气，但同 时冰箱的箱体向室内散热，就整个房间来说，由于外界通 过导线不断有能量输入，室内的温度会不断升高．
1．在热力学第二定律的表述中，“自发地”“不产 生其他影响”“单一热库”“不可能”的含义．
(1)“自发地”是指热量从高温物体“自发地”传给 低温物体的方向性．在传递过程中不会对其他物体产生 影响或借助其他物体提供能量等．
答案：B
热力学第二定律
知识点一 热力学第二定律的第一种表述
提炼知识 1．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．如物体间的传热，气体的膨胀、扩散……都有特定 的方向性． (2)反映宏观自然过程方向性的定律就是热力学第二 定律．
2．热力学第二定律的第一种表述，克劳修斯表述： 热量不能自发地从低温物体传到高温物体．
(2)“不产生其他影响”的含义是发生的热力学宏观 过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面 的影响．如吸热、放热、做功等．
热力学第二定律 概念及公式总结
热力学第二定律一、自发反应-不可逆性（自发反应乃是热力学的不可逆过程）一个自发反应发生之后，不可能使系统和环境都恢复到原来的状态而不留下任何影响，也就是说自发反应是有方向性的，是不可逆的。
二、热力学第二定律1.热力学的两种说法：Clausius:不可能把热从低温物体传到高温物体，而不引起其它变化Kelvin：不可能从单一热源取出热使之完全变为功，而不发生其他的变化2.文字表述：第二类永动机是不可能造成的（单一热源吸热，并将所吸收的热完全转化为功）功热【功完全转化为热，热不完全转化为功】（无条件，无痕迹，不引起环境的改变）可逆性：系统和环境同时复原3.自发过程：（无需依靠消耗环境的作用就能自动进行的过程）特征：（1）自发过程单方面趋于平衡；（2）均不可逆性；（3）对环境做功，可从自发过程获得可用功三、卡诺定理（在相同高温热源和低温热源之间工作的热机）（不可逆热机的效率小于可逆热机）所有工作于同温热源与同温冷源之间的可逆机，其热机效率都相同，且与工作物质无关四、熵的概念1.在卡诺循环中，得到热效应与温度的商值加和等于零：任意可逆过程的热温商的值决定于始终状态，而与可逆途径无关热温商具有状态函数的性质：周而复始数值还原从物理学概念，对任意一个循环过程，若一个物理量的改变值的总和为0，则该物理量为状态函数2. 热温商：热量与温度的商3. 熵：热力学状态函数熵的变化值可用可逆过程的热温商值来衡量：起始的商（数值上相等）：终态的熵4. 熵的性质：（1）熵是状态函数，是体系自身的性质是系统的状态函数，是容量性质（2）熵是一个广度性质的函数，总的熵的变化量等于各部分熵的变化量之和（3）只有可逆过程的热温商之和等于熵变（4）可逆过程热温商不是熵，只是过程中熵函数变化值的度量（5）可用克劳修斯不等式来判别过程的可逆性（6）在绝热过程中，若过程是可逆的，则系统的熵不变（7）在任何一个隔离系统中，若进行了不可逆过程，系统的熵就要增大，所以在隔离系统中，一切能自动进行的过程都引起熵的增大。
专题10.4 热力学第二定律
第十章热力学定律第4节热力学第二定律对热力学第二定律的理解1．在热力学第二定律的表述中，“自发地”、“不产生其他影响”的涵义。
（1）“自发地”指明了热传递等热力学宏观现象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助。
（2）“不产生其他影响”的涵义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响。
如吸热、放热、做功等。
学-科网2．热力学第二定律的实质热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，进而使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有。
特别提醒：热量不可能从低温物体传到高温物体，但在有外界影响的条件下，热量可以从低温物体传到高温物体，如电冰箱；在引起其他变化的条件下内能可以全部转化为机械能，如气体的等温膨胀过程。
3．两类永动机的比较第一类永动机第二类永动机不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器从吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响的机器违背，不可能制成不违背能量守恒定律，但违背热力学第二定律，不可能制成热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。
5．热力学第二定律的其他描述：（1）一切宏观自然过程的进行都具有。
（2）气体向真空的自由膨胀是。
（3）第二类永动机是不可能制成的。
特别说明理解热力学第二定律的方法：（1）理解热力学第二定律的实质，即自然界中进行的所有涉及热现象的宏观过程都具有方向性。
理解的关键在于“自发”和“不引起其他变化”。
（2）还要正确理解哪些过程不会达到100%的转化而不产生其他影响。
方向性自发地能量守恒定律单一热源方向性不可逆的1．热力学第一定律与热力学第二定律的比较区别联系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，否定了产生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物理过程、化学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定律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比较第一类永动机第二类永动机设计要求不消耗任何能量，可以不断做功（或只给予很小的能量启动后，可以永远运动下去）将内能全部转化为机械能，而不引起其他变化（或只有一个热源，实现内能与机械能的转化）不可能的原因违背了能量守恒定律违背了热力学第二定律构成热力学知识的理论基础，前者对自然过程没有任何限制，只指出在任何热力学过程中能量不会有任何增加或损失，反映的是物体内能的变化与热量、做功的定量关系；后者则是解决哪些过程可以自发地发生，哪些过程必须借助于外界条件才能进行。
10.4 热力学第二定律
电冰箱工作时违反热力学第二定律吗？
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?
大气
电冰箱制 冷系统
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，
贮藏的 食品
以上这些自然现象的“逆过程”能发生吗？
自然过程的方向性：
结论1:热量自发地由高温物体向低温物体传递的过程 是不可逆的。 结论2:扩散现象进行是有方向的,过程是不可逆的。 结论3:功可以自动转化为热，但热却不能自动转化为 功。通过摩擦而使功转变为热的过程是不可逆的。 结论4:气体膨胀(绝热自由膨胀)的过程是不可逆的。 无数事实告诉我们：凡是实际的过程，只要涉及 热现象，如热传递、气体的膨胀、扩散、有摩擦的机 械运动都有特定方向性。这些过程自发地朝某个 方向进行，而相反的过程，即使不违背能量守恒定律， 我们也从未见到它们会自发地进行。也就是说，一切 与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。
这种机器就是热机，其工作原理如图甲， T1为高温热库，T2为低温热库，W为外界所做 的功，Q2为向低温热库散发的热量，Q1为向 高温热库吸收的热量。 如果Q2→0，该机器在 一个循环动作恢复原状后，外界也没有变化， 唯一的结果就是把热量Q1从单一热库全部转变 为功，如图乙。
根据热力学第二定律分析，下列说法中正确的是：
解析：热力学第一定律是热现象中内能与其他 形式能的转化规律，是能的转化和守恒定律的 D 错误；再根据热力学第二定律，热量不能自
具体表现，适用于所有的热学过程，故 C 正确，
发地从低温物体传到高温物体，必须借助于其
他系统做功．A错误，B正确，故选B、C.
人教版高中物理10.4《热力学第二定律》教案(新人教版选修3-3)(2篇)
10.4 热力学第二定律【教学目的】1、了解某些热学过程的方向性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表述，理解热力学第二定律的物理实质4、知道什么是能量耗散5、知道什么是热力学第三定律【教学重点】1、热力学第二定律的实质，定律的两种不同表述2、知道什么是第二类永动机，以及它不能制成的原因【教学难点】热力学第二定律的物理实质【教具】扩散装置【教学过程】○、引入学生答问：1、热力学第一定律的形式若何，符号法则怎样？2、什么是第一类永动机？热力学第一定律和能量守恒定律具有相同的实质，表征的是能量转移或转化过程中总量不变。
既然能量只是在不停地转移或转化，而不会消失，我们为什么还在面临能源危机，还在不停地呼吁节约能源呢？我们今天来探讨一下这个问题——一、某些热学过程的方向性人们认识问题，总是先有素材，再有思索，然后才有理论的总结与上升。
我们先看这样的事实：根据初中学过的物理常识，我们知道热传导会在两个有温差的物体间产生，会自发的从高温物体传至低温物体，那么，热传导会不会从低温物体传至高温物体呢？不会。
我们把这种现象称之为——热传导的方向性在看另一个事实：表述教材P85图11-12的物理情形…（人们也做过理论上的预测：扩散既然是分子无规则运动引起，那么，原来A容器中的气体分子恰好全部回到A容器是可能的，只是这种几率非常非常小，以至于在现实中还从来没有发生过）这说明——扩散现象有方向性事实三：有初速度的物体，在水平面上运动，总要停下来，因为摩擦生热，机械能转化成了内能；但是，由于内能的增量一部分转移到物体和地面，另一部分转移到了空中（通常称之为耗散），我们要把这部分内能收集起来，然后通过某种机器或装置让它转化成物体重新运动的机械能，这可能吗？答案必然是否定的。
甚至人们还尝试过，即便能够把这部分内能完全收集（不散失），要使它完全转化成机械能，也是绝对不可能的。
所以，我们说，涉及到热现象的——能量转化有方向性怎样表征这种热学过程的方向性呢？——二、热力学第二定律在介绍热力学第二定律之前，先介绍相关概念——热机：将内能转化成机械能的装置。
热力学第二定律
§ 10.4热力学第二定律【学习目标】：1.了解热传导过程的方向性。
2.了解热力学第二定律的两种不同表述，以及这两种表述的物理实质。
3.了解什么是第二类永动机，理解第二类永动机不可能制成诱思导学一、阅读P57思考与讨论，思考并讨论是不是所有符合能量守恒定律的宏观过程都能自发的发生？（能，不能）。
无数事实告诉我们，凡是实际过程中涉及到热现象，如、、、，都有特定的___。
二、热传递的方向性1.热传导的过程可以自发地由_物体向物体进行，但相反方向却不能自发地进行，即热传导具有，是一个不可逆过程。
热量Q能自发传给低温物体高温物体热量Q不能自发传给说明：①“自发地”过程就是在不受外来干扰的条件下进行的自然过程。
②热量可以自发地从高温物体传向低温物体，热量却不能自发地从低温物体传向高温物体。
③要将热量从低温物体传向高温物体，必须有“外界的影响或帮助”，就是要由外界对其做功才能完成。
电冰箱、空调就是例子。
2.热力学第二定律的第一种表述①.克劳修斯表述：三、.热机1．热机是把内能转化为机械能的装置。
其原理是热机从热源吸收热量Q1，推动活塞做功W，然后向冷凝器释放热量Q2。
由能量守恒定律可得：Q1=W+Q2我们把热机做的功和它从热源吸收的热量的比值叫做热机效率，用η表示，即η=W QW<Q 即：η< 100%2．热力学第二定律的第二种表述开尔文表述：四、第二类永动机①.设想：只从单一热源吸收热量，使之完全变为有用的功而不引起其他变化的热机。
②.第二类永动机不可能制成，表示尽管机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化成机械能而不引起其他变化；机械能和内能的转化过程具有方向性。
例题：一种冷暖两用型空调，铭牌标注：输入功率1kW，制冷能力1.2×104kJ/h，制热能力1.3×104kJ/h。
这样，该空调在制热时，每消耗1J电能，将放出3J多热量。
是指标错误还是能量不守恒？解析：都不是。
热力学第二定律及热效率分析
热力学第二定律及热效率分析热力学第二定律是热力学领域中一个重要的原理，它对于任何热力学过程都起着指导作用。
本文将探讨热力学第二定律的基本概念和应用，并对热效率进行分析。
一、热力学第二定律的基本概念热力学第二定律是指在孤立系统中热量不会自发地从低温物体传递到高温物体。
它对于所有热力学过程都有普遍的适用性，无论是热机、制冷机还是其他热力学系统。
根据第二定律的表述，可以得出两个重要的热力学定理：克劳修斯表述和开尔文表述。
克劳修斯表述指出，不可能创造一个连续操作的热机，使之从单一热源吸热，然后完全将热量转化为有用的功而不产生其他影响。
开尔文表述则指出，不可能创造一个连续操作的热机，使之从单一热源吸热，然后完全将热量转化为有用的功，而不产生其他影响的一个特例是卡诺循环。
二、热效率的定义和分析热效率是用来衡量热力学系统能量转化的效率的指标。
它通常用来描述热机或制冷机在能量转化过程中有多少能量被转化为有用的功。
热效率的计算公式为：热效率 = 有用输出能量 / 输入能量对于热机来说，有用输出能量即为机器输出的功，输入能量则为机器从热源吸收的热量。
而对于制冷机来说，有用输出能量即为制冷机所提供的制冷效果，输入能量则为制冷机所消耗的功。
热效率一般用百分比表示，常见的热效率有热机效率和制冷机效率。
热机效率指的是热机在能量转化过程中，有多少能量转化为有用的功；而制冷机效率指的是制冷机在能量转化过程中，有多少能量被用于制冷效果。
三、热效率的影响因素热效率受多种因素的影响，其中主要的因素有热源温度和工作温度。
根据卡诺循环原理，热机的最高热效率由热源温度和工作温度之间的差别决定。
热源温度越高，热效率就越高；而工作温度越低，热效率也越高。
这是因为差异温度越大，热传递效果越好，能量转化的损耗也就越小。
除了热源温度和工作温度，热效率还受到系统内部热损失的影响。
热机和制冷机在工作过程中都会有一定的能量损耗，这些损耗会导致实际的热效率低于理论热效率。
热力学第二定律：描述能量不可自发地从低温物体流向高温物体
热力学第二定律：描述能量不可自发地从低温物体流向高温物体第一章引言热力学是研究能量转化和能量传递的学科，而热力学第二定律则是热力学中最重要的定律之一。
热力学第二定律描述了能量不可自发地从低温物体流向高温物体的现象。
本文将对热力学第二定律进行详细讨论，包括其历史背景、基本原理以及在现实生活中的应用。
第二章历史背景热力学第二定律最早是由卡诺在1824年提出的。
卡诺发现，热量能够从高温物体传递到低温物体，但却无法自发地从低温物体传递到高温物体。
这一发现引起了科学家们的极大兴趣，并推动了热力学的发展。
随后，克劳修斯和开尔文等研究者对热力学第二定律进行了深入研究和探索，为后续的研究奠定了基础。
第三章热力学第二定律的基本原理热力学第二定律的基本原理可以通过两种常见的表述方式来阐述：开尔文表述和普朗克表述。
开尔文表述指出，不可能从单一热源吸热使之完全变为有用的功，并使其他物体不产生任何变化。
普朗克表述则指出，不可能把一个物体完全转化为热能只有这一个方向的过程。
这两种表述都强调了能量转化的方向性和不可逆性。
第四章热力学第二定律的数学表达热力学第二定律的数学表达可以通过熵增原理来描述。
熵是描述系统混乱程度的物理量，熵增原理指出，一个孤立系统的熵不会减少，而是随时间增加。
这意味着在一个孤立系统中，自发的过程会使系统的熵增加，而不会使系统的熵减少。
这与热力学第二定律的基本原理是相一致的。
第五章热力学第二定律的应用热力学第二定律在现实生活中有着广泛的应用。
一个典型的例子是热力发电厂。
热力发电厂利用高温热能转化为电能，但在这个过程中，总会有一部分热能转化为了低温热能而无法再利用。
这就是热力学第二定律的应用之一。
另外，热力学第二定律还可以解释为什么热不会从低温物体自发地流向高温物体，这也是我们无法制造永动机的原因之一。
此外，热力学第二定律还被应用于化学反应、生态系统等领域。
第六章结论综上所述，热力学第二定律是研究能量转化和能量传递的重要定律之一。
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§10.4热力学第二定律
【学习目标】
1.了解涉及热现象的宏观过程是具有方向性的，都是不可逆的。
2.了解热力学第二定律的两种不同表述，以及这两种表述的物理实质。
3.了解什么是第二类永动机，理解第二类永动机不可能制成。
4. 认识到热力学第一定律和热力学第二定律具有同样重要的意义。
【自主学习·小组讨论·课堂展示】
一. 涉及热现象的宏观过程是具有方向性的
阅读课本P 57“思考与讨论”，讨论下列问题：
1.“思考与讨论”中的例子表明什么？
2.热力学第二定律是反映什么的？
3.再举出类似的例子：
二. 热力学第二定律的克劳休斯表述：
1. 要发生热传导必须具备什么条件？自发地热传导过程有什么特征？
2. 热量从低温物体传给高温物体吗？热量能自发地从低温物体传向高温物体吗？
3.电冰箱是一种类型的制冷机，是用机械的方式制造人工低温的装置。
下图为电冰箱的原理图，一般电冰箱使用氟里昂12，即二氯二氟甲烷（CCl 2F 2）作为制冷剂。
试回答下列问题：
⑴叙述电冰箱的工作原理。
是否遵循热力学第二定律？ ⑵一小孩看到电冰箱能制冷，便打开电冰箱使室内凉快
些，试问此方法是否可行？
⑶压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环，那么下列说法中正确的是
A ．在电冰箱的内管道中，制冷剂迅速膨胀并吸收热量。
B ．在电冰箱的外管道中，制冷剂迅速膨胀并放出热量。
C ．在电冰箱的内管道中，制冷剂剧烈压缩吸收热量。
D ．在电冰箱的外管道中，制冷剂被剧烈压缩放出热量 压缩机 蒸发 器 毛细管 冷凝器
4.热力学第二定律的克劳休斯表述揭示了什么？
①热传导的过程可以自发地由向进行，但相反方向却不能自发地
进行，即热传导具有性，是一个过程（可逆或不可逆）。
②“自发地”过程就是进行的自然过程。
要将热量从低温物体传向高温物体，必须有，就是要由才能完成。
三. 热力学第二定律的开尔文表述：
1.热机有几种？简述热机的工作流程，并分析能量转化情况
2.什么叫做热机效率？用公式表达出来？
3.如果没有漏气、没有摩擦，这样的热机效率是不是100℅？为什么？
4.假想发明一种热机，用它把物体与地面摩擦所生的热量都吸收过来，并用来对物体做功，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，而不引起其他变化，这是否可能？
5. 热力学第二定律的开尔文表述阐述了什么？
三. 关于热力学第二定律的深入思考
1.为什么说热力学第二定律的两种表述是等价的等效的?试用反证法证明。
2.课本P60“思考与讨论”
⑴什么是第二类永动机？
⑵为什么不能制成第二类永动机？
3.讨论气体向真空的自由膨胀
⑴如图所示的连通容器，A中装有红棕色气体NO2，B中原
⑵气体是否会自发地从容器B流向容器A，最后使容器B恢复成真空呢？
⑶怎样才能使容器B恢复成真空呢？
⑷上述实验说明什么？
4.热力学第二定律建立的意义是什么？
【课堂巩固练习】课本P61“问题与讨论”
【课后定时检测练习】
1.下列关于能量转化的说法中，正确的是（）
A.机械能可以转化为内能，但内能不能转化为机械能
B.机械能可以转化为内能，内能也能转化为机械能
C.机械能不可以转化为内能，但内能可以转化为机械能
D.机械能可以转化为内能，但内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化
2.关于第二类永动机，下列说法正确的是（）
A.它既不违反热力学第一定律，也不违反热力学第二定律
B.它既违反了热力学第一定律，也违反了热力学第二定律
C.它不违反热力学第一定律，只违反热力学第二定律
D.它只违反热力学第一定律，不违反热力学第二定律
3.下列关于热机的说法中，正确的是（）
A.热机是把内能转化成机械能的装置
B.热机是把机械能转化为内能的装置.
C.只要对内燃机不断进行革新，它可以把气体的内能全部转化为机械能
D.即使没有漏气，也没有摩擦等能量损失，内燃机也不能把内能全部转化为机械能
4.下列说法中正确的是（）
A.一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性
B.一切不违背能量守恒与转化定律的物理过程都是可以实现的
C.由热力学第二定律可以判断物理过程能否自发进行
D.一切物理过程都不可能自发地进行
5.第二类永动机不可能制造出来的原因是因其工作原理违背（）
A.热力学第一定律
B.能的转化与守恒定律
C.热力学第二定律
D.上述三个定律
6.下列关于第一类永动机的说法正确的是（）
A.第一类永动机是不消耗任何能量却源源不断地对外做功的机器
B.第一类永动机不能制成的原因是违背了热力学第一定律
C.第一类永动机不能制成的原因是技术的问题
D.第一类永动机不能制成的原因是违背了能量守恒定律
7.热力学第二定律，下列理解正确的是（）
A.自然界进行的一切宏观过程都是可逆的
B.自然界进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，是不可逆的
C.热量不可能从低温物体传递给高温物体
D.第二类永动机违背了能量转化和守恒定律，因此不可能制成
8.下列说法正确的是（）
A.热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体
B.功可以全部转化为热，但热不能全部转化为功
C.不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化
D.凡是不违反能量守恒定律的过程都一定能实现
9.根据热力学第二定律，下列判断正确的是( )
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物体
10.关于热力学第一定律和热力学第二定律，下了论述中正确的是（）
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
B.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
C.内能可以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
D.两条定律都是有关能量的转化规律，他们不但不矛盾，而且没有本质区别
其实，能量守恒定律已经包括了热力学第一定律和热力学第二定律
11.根据热力学第二定律，下列判断正确的是（）
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．
12.热力学第二定律使人们认识到，自然界中进行的涉及现象的宏观过程都具有
性，例如机械能可以转化为内能，但内能全部转化成机械能，而不引起其他变化。