10.4热力学第二定律(公开课2课时)

问题：任何物体都具有内能，在地球上贮存 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， 足够全世界使用4000年。而人类都不能利用 这种“新能源”，其原因是什么？你能用热 学定律来解释吗？
第二类永动机
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。 第二类永动机不可能制成！表示机械能和内能的转 热力学第二定律的另一种表述就 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 是：第二类永动机不可能制成。 他变化． 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自然过程 具有方向性的规律（热力学第二定律）。
理解：
自发： 当两个物体接触时，不需要第三者介 入、不会对任何第三者产生影响，热量就能 从一个物体传递到另外一个物体。
自发 自发
高温
低温
低温
高温
克劳修斯表述指明热传导过程是不可逆 的。
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？
工作原理和过程： 一阶段：燃料燃烧产生热量 Q1（高温热源）—（燃 料中化学能转化为工作物质的内能） 二阶段：推动活塞对外做 功 W—（工作物质内能 变成机械能）
漏气热损 散热热损 摩擦热损
燃料产生 的热量Q 热机能流图
输出机 械功W
热机工作时的能流分配
热机的效率小 效率：由能量守恒定律知道 于100%，就不 Q1 = W +Q2 可能把从高温 热源吸收的热 热机的效率： 高温热库 量全部转化为 W Q1 机械能，总有 Q1 一部分热量散 W 热机 对外做功 发到冷凝器或 大气中。
开尔文表述揭示机械能与内能转化方向 性——机械能可以全部转化为内能，而内能无 法全部用来做功以转换成机械能
定律的两种表述
热量不会自发地从低温物 体传到高温物体（即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）。
不可能从单一热源吸取热量， 使它完全变成功，而不引起其它变化。
对热力学第二定律的理解
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.对任何一类宏观过程进行方向的说明，都可以作为 热力学第二定律的表述，例如：气体向真空的自由膨 胀是不可逆的。 3.热力学第二定律的意义 提示了有大量分子参与的宏观过程的方向性，是独立 于热力学第一定律的一个重要自然规律．
结论4.
气体膨胀(绝热自由膨胀)的过程是不可逆的。
结论：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。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。
一、热力学第二定律的一种表述
克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体 传到高温物体.
Q2
低温热库
二、热力学第二定律的另一种表述
开尔文表述：不可能从单一热源吸取热量， 使之完全变成功而不产生其他影响。
例如：利用热机循环，吸热可对外作出功来．但实际 热机的循环除了热变功外，还必定有一定的热量从高 温热源传给低温热源，即产生了其它效果。 热全部变为功的过程也是有的，如理想气体等温 膨胀。但在这一过程中除了气体从单一热源吸热完全 变为功外，还引起了其它变化，即过程结束时，气体 的体积增大了。
第十章《热力学定律 》
10.4
热力学第二定律
热力学第一定律告诉我们：
在一切热力学系统中能量必须是守恒的。
问题
满.
热量自动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.
思考与讨论：P58
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。
例1.下列说法正确的是 ( AC ) A．在自然条件下，热传递的过程是不 可逆的 B．热量不可能由高温物体传递给低温 物体 C．气体的扩散过程具有方向性 D．一切形式能量转化都不具有方向性
例2.根据热力学第二定律，可知下列说法中 正确的是（ AD ） A．不可能从单一热源吸收热量并把它全部 用来做功，而不引起其它变化 B．没有冷凝器，只有单一的热源，能将从 单一热源吸收的热量全部用来做功，而不引 起其它的变化的热机是可实现的 C．致冷系统能将冰箱里的热量传给外界较 高温度的空气中而不引起其它变化 D．不可能使热量由低温物体传递到高温物 体，而不引起其他变化
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。
热机：是一种把内能转化为机械能的装 置。(汽油机、柴油机、蒸汽轮机、喷气发动 机等）