热力学第二定律的微观解释、能源和可持续发展

热力学第二定律的微观解释

能源和可持续发展

学习目标：

1.了解有序和无序，宏观态和微观态的概念。

2.了解热力学第二定律的微观意义。

3.了解熵的概念，知道熵是反映系统无序程度的物理量。

4.知道随着条件的变化，熵是变化的。

自主学习：

一、热力学第二定律的微观解释

1、有序和无序

①有序：只要确定了，符合这个规则的就叫做有序。

②无序：不符合某种确定规则的称为无序。

③无序指“”，“”，“”，有序则相反。

④有序和无序是的。

2、宏观态和微观态

系统的状态即宏观态，系统内状态即微观态。

说明：

①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。

②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。

③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、热力学第二定律的微观意义

一切自然过程总是沿着分子热运动的的方向进行。

4、熵

①熵：表达式S= ，k表示，表示一个宏观状态所对应的。

②熵增加原理：。

③意义：表示系统内分子运动的量度。

二、能源和可持续发展

1、能量耗散和品质降低

（1）能量耗散：有序度较高（集中度较高）的能量转化为，

就成为更加分散因而的能量，流散到环境中起来加以利用的现象。

（2）各种形式的能量向内能转化方向是无序程度较小向无序程度较大的转变，是能够、全额发生的。

（3）能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的自发变化过程具有。

（4）能量耗散虽然不会导致能量总量的减少却会导致的降低，实际上是将能量从高度有用的高品质形式降级为不大可用的低品质形式。

2、能源与人类社会发展、环境的关系

（1）能源：能源是社会存在与发展永远不可或缺的，是国民经济运行的，它与、构成现代社会的三大支柱。

（2）化石能源：人们把、、叫做常规能源。

①化石能源的储藏是有限的。

②化石能源的大量消耗带来了环境问题有：、

。

3、开发新能源

开发的新能源主要有下列几种：、、

等。

基础过关

1.根据热力学第二定律，下列判断正确的是( )

A.电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

2.下列说法中正确的是( )

A.热量能自发地从高温物体传给低温物体

B.热量不能从低温物体传到高温物体

C.热传导是有方向的

D.电能可全部变为内能

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( )

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

4.下列说法中，正确的是( )

A.从甲物体自发传递Q热量给乙物体，说明甲物体的内能比乙物体多

B.热机的效率从原理上讲可达100%

C.因为能量守恒，所以能制成第二类永动机

D.以上说法均不正确

5.关于热力学第二定律的说法正确的是( )

A.是热力学第一定律的另一种表述

B.是关于内能和其他形式能量(如机械能、电磁能等)相互转化的基本规律

C.用于解决与热现象有关过程进行的方向问题

D.以上说法均正确

综合运用

6.第二类永动机_________ (“可能”或“不可能”)制成，这种永动机_________(“违反”或“不违反”)能量守恒定律，机械能和内能的转化过程具有_________，机械能_________ (“可以”或“不可能”)全部转化成内能，内能_________ (“可以”或“不可以”)全部转化成机械能，而不引起其他影响.

7.热量会自动地从_________传给_________，但不会自发地从_________传给_________，这说明：热传导的过程是有的，这个过程可以向一个方向自发地进行，但是向相反的方向不能_________地进行，要实现相反方向的过程，必须有_________，因而产生_________或引起_________.

8.什么是第二类永动机?为什么第二类永动机不可能造成?

9.用两种不同的金属丝组成一个回路，接触点1插在热水中，接触点2插在冷

水中，如图10-4-1所示，电流计指针会发生偏转，这就是温差发电现象，这一实验是否违反热力学第二定律?热水和冷水的温度是否会发生变化?简述这一过程中能的转化情况.

图10-4-1

10.一种冷暖两用型空调铭牌标注有如下指标：输入功率 1 kW，制冷能力1.2×104 kJ/h,制热能力1.3×105 kJ/h.这样，该空调在制热时，每消耗1 J电能，将放出3 J的热量，是指标有错误还是能量不守恒呢?

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