人教版 选修1-2 高二物理 第二章 2.4热力学第二定律 教学课件(共39张PPT)

3. 热力学第二定律
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那么热力学第二定 律到底是描述什么物理 现象的呢？下面让我们 来认识一下它
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要点 第二类永动机
曾经有人设计一类机器，希望它从高温热库 （例如锅炉）吸取热量后全部用来做功，不向 低温热库排出热量。这种机器的效率不是可以 达到100%了吗？这种机器不违背能量守恒定 律，但是都没有成功。人们吧这种只从单一热 库吸热，同时不间断的做功的永动机叫第二类 永动机。
机械能和内能的转化具有 方向性。
人类能利用这种 “新能源”吗？
第二章 能量的守恒与耗散
4.热力学第二定律
教学目标
1. 知识与能力
✓ 了解热传递的方向性。 ✓ 认识热力学第二定律的物理意义。
2 . 过程与方法
✓ 培养运用分析论证进行理论概括的抽象思维能力 ✓ 体验科学思辨的作用。
பைடு நூலகம்
3. 情感态度与价值观
✓ 了解热传递以及自然界一切自动 发生的宏观过程的方向性。 ✓ 培养热爱生活的情趣
内燃机中汽缸中气 体燃烧产生热量Q1
推动活 塞做功
W
外界
排出废 气，同 时散失 热量Q2
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开尔文（1824-1907）毕业 于剑桥大学聘为格拉斯哥 大学自然哲学教授长达50 年，曾任法国科学院院士， 英国皇家学会会长
1851年，开尔文又提出：不可能从单一 热源取热，使之完全变为有用功而不产生其 他影响；或不可能用无生命的机器把物质的 任何部分冷至比周围最低温度还低，从而获 得机械功。这就是热力学第二定律的“开尔 文表述”。
2.热机的效率和 热力学第二定律
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理解 热机的效率的理解
热机工作原理图
（l）热机做的功W和 它从热源吸收的热量Q的 比值叫做热机的效率
=W/Q1
（2）热机的效率不 可能达到100％
热量不会自发地从低温物体传给高温 物体，只有在外界的帮助才能进行，因 而会产生其他影响或其他变化。
不
插
电冰箱工作时能将
电 ， 我 不
冰箱内(温度较低)的热 量，传给外界空气(温度 较高)，是因为电冰箱消
干 耗了电能，制冷系统做
活 了功。
！
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前面我们已经学习过有关热 机的工作原理，下面让我们来学 习一下热机的工作效率。
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具有自动发生的趋势，一旦发生就
无需借助外力，可以自动进行。 不可逆过程
自
发 其逆过程在无外界干涉下是
过 程
不能自动进行的
具有单向性
同样的平衡条件下，正逆过程以同一途径进行
可
逆
过 可逆循环后，系统回原态，环境回原态
程
热、功转换 结 是否有方向
传热、做体积功、 化学变化是否有方向
论 热、功转换方向
所有自发过程的方向
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物理意义
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
2.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。它揭示了大量分子参与的宏观过程的 方向性，是成为独立于热力学第一定律的 一个重要的自然规律。
不仅热传递现象， 自然界中自动发生的 实际过程，都具有方 向性。
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奥斯特瓦尔德则表述为：第二类永动机 不可能制造成功。
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名词解释
热机的工作效率
热机所做的功与其所吸收的热的比值，用η 表示 η=W/Q
热机总要向冷凝器散热，因此，不可能 把吸收的热量全部转化为机械能，所以热机 的效率不可能达到100%。
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教学重难点
重点
热力学第二定律的物理意义
难点
热传递过程的方向性
本节导航
1﹑自然过程的方向性 2﹑热机的效率和第二类永动机 3﹑热力学第二定律
1 、自然过程的方向性
热传导的过程可以向一个方向自发地进行 （热量从高温物体自发地传给低温物体）。
[注意]这里所 说“自发地” 是指没有任何 外界的影响或 帮助。
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热力学第二定律的发展史
1850年，克劳修斯在卡诺的基础上统一了 能量守恒和转化定律与卡诺原理，指出：一个 自动运作的机器，不可能把热从低温物体移到 高温物体而不发生任何变化，这就是热力学第 二定律。
克劳修斯（1822-1888） 曾任德国柏林皇家工学 校物理教授
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归纳
热传导的过程具有方向性 热传导的过程可以向一个方向
自发地进行(热量从高温物体自发地 传给低温物体)；但向相反的方向不 会自发地产生(热量不会自发地从低 温物体传给高温物体)，只有借助外 界的帮助才能进行，因而会产生其 他影响或其他变化。
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导入新课
不可能把热从 低温物体传到高温 物体，而不引起其 它变化。
如此严重的能源危机，可是： 地
球贮存量十分丰富的海水总质量约达1.4×1018吨， 它的温度只要降低0.1℃，就能释放相当于1800万个 功率为100万千瓦的核电站一年的发电量。相当于 600万个北仑电厂（曾经我国最大的火电厂）；相 当于180多万个三峡水电厂一年的发电量。
定义
热力学第二定律
热力学第二定律常见的两种表述： （1）按热传递的方向性来表述：不可
能使热量从低温物体传到高温物体，而不引 起其他变化．（克劳修斯表述）
（2）按机械能与内能转化过程的方向 性来表述：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．（开 尔文表述）
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分析
第二类永动机不可能制成的原因
表示机械能和内能的转化过程具有方向 性．尽管机械能可以全部转化为内能，内 能却不能全部转化成机械能，同时不引起 其他变化．
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分析
两种永动机都不能实现给我们的启示
第一类永动机和第二类永动机它们都不可能制 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．造永动机的失败，从反面显示出自然界存在着 某种制约着人们的普遍规律：想不付出代价而从自 然界中取出可供利用的有效动力是不可能的，人们 只能根据各种自然力相互转化的具体条件，付出一 定代价而有效地利用自然界提供的各种能源。