人教版选修热力学第二定律课件
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❖热力学第二定律有常见的两种 表述，提示了有大量分子参与 的宏观过程(即与热现象有关的 宏观过程)的方向性，第二类永 动机不可能制成。
人教版选修热力学第二定律
15
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
v 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。
v 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．
人教版选修热力学第二定律
12
第二类永动机
• 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？
散热热损
摩擦热损
燃料产生 输出机 的热量Q 械功W
人教版选修热力学第二定律
8
机械能与内能转化的方向性的进一步讨论
③热机工作时的能流分配 ④效率：由能量守恒定律知道 Q1 = W +Q2
热机的效率
W Q1
高温热库
Q1
W
热机
对外做功
热机的效率小于 100%，就不可能 把从高温热源吸 收的热量全部转 化为机械能，总 有一部分热量散 发到冷凝器或大 气中。
7
机械能与内能转化的方向性的进一步讨论
①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）
②原理：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。
推动活塞对外做功 W——工作物质内能变成机械能
排出废气向外界（低温热源）放热 Q2
热机能流图
漏气热损
• 是因为涉及物理学的一个基本定律——热力学 第二定律．
人教版选修热力学第二定律
13
第二类永动机
• 1.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
• 热机2.第叫力二做学类第永二第动类机二永不动定可机能律。制的成！另表一示机种械能表和述内能就 是的转：化第过程二具类有方永向动性．机尽管不机可械能能可制以全成部。转
高中物理选修3－3
第十章《热力学定律》
人教版选修热力学第二定律
1
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？
人教版选修热力学第二定律
2
一.自然过思程考的与方讨向论：P57
结论1. 热量自动地由高温物体向低温物体传递的过
结结结程膨特的程为扩 功论论论胀，定宏是功散 可23只方观：、.. 。不现 以要向自无扩通可象自涉。然数散过逆进动及也过事、摩的行转热就程实有擦。是化而现是都告摩有 为使象说是方 热诉擦功向 ，，，不我的转的 但如可们机一变热,过热逆切：械为却程传的凡运与热不是递。是动热的能不、实现过自可程气际象动逆是体转有的都的不化的过关有。
人教版选修热力学第二定律
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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
传到高温物体而不引起其它变化（即热量不会 自发地从低温物体传到高温物体）。
开尔文表述： 不可能从单一热源吸取热
量并使它完全变为有用的功而不引起其它变化。 (第二类永动机是不可能制成的)
人教版选修热力学第二定律
11
对热力学第二定律的理解
v 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
反，外界的热量会自发
热
量
地传给电冰箱，使其温
度逐渐升高．
贮藏的
食品
人教版选修热力学第二定律
6
热传导的方向性
• 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。
人教版选修热力学第二定律
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。
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人教械版选修能热力学第二定律
10
热力学定第律二的定两律的种两表种述表述
克劳修斯表述： 不可能将热量从低温物体
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．
• 3.第一类永动机和第二类永动机
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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）。
人教版选修热力学第二定律
14
小结 ：
可逆的。
结论4.
气体膨胀(绝热自由膨胀)的人教版过选修程热力学是第二定不律 可逆的。
3
二.热力学第二定律
（1）克劳修斯表述：热量不能自发地从 低温物体传到高温物体.
与之相应的经验事实是，当两个不同温 度的物体相互接触时，热量将由高温物体向低 温物体传递，而不可能自发地由低温物体传到 高温物体。如果借助制冷机，当然可以把热量 由低温传递到高温，但要以外界作功为代价， 也就是引起了其他变化。
Q2 低温热库
人教版选修热力学第二定律
9
二.热力学第二定律
（2）开尔文表述：不可能从单一热源吸取热量， 使之完全变成有用的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
克劳修斯表述指明热传导过程是不可逆的。
人教版选修热力学第二定律
4
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？
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5
大气
因为电冰箱消耗了电
热
量
能，对制冷系统做了功，
电冰箱制 冷系统
一做旦切功断电源，电冰箱 就 传不给能外把界其的内空电部气源的了热．量相
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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
v 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。
v 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．
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第二类永动机
• 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？
散热热损
摩擦热损
燃料产生 输出机 的热量Q 械功W
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8
机械能与内能转化的方向性的进一步讨论
③热机工作时的能流分配 ④效率：由能量守恒定律知道 Q1 = W +Q2
热机的效率
W Q1
高温热库
Q1
W
热机
对外做功
热机的效率小于 100%，就不可能 把从高温热源吸 收的热量全部转 化为机械能，总 有一部分热量散 发到冷凝器或大 气中。
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机械能与内能转化的方向性的进一步讨论
①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）
②原理：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。
推动活塞对外做功 W——工作物质内能变成机械能
排出废气向外界（低温热源）放热 Q2
热机能流图
漏气热损
• 是因为涉及物理学的一个基本定律——热力学 第二定律．
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第二类永动机
• 1.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
• 热机2.第叫力二做学类第永二第动类机二永不动定可机能律。制的成！另表一示机种械能表和述内能就 是的转：化第过程二具类有方永向动性．机尽管不机可械能能可制以全成部。转
高中物理选修3－3
第十章《热力学定律》
人教版选修热力学第二定律
1
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？
人教版选修热力学第二定律
2
一.自然过思程考的与方讨向论：P57
结论1. 热量自动地由高温物体向低温物体传递的过
结结结程膨特的程为扩 功论论论胀，定宏是功散 可23只方观：、.. 。不现 以要向自无扩通可象自涉。然数散过逆进动及也过事、摩的行转热就程实有擦。是化而现是都告摩有 为使象说是方 热诉擦功向 ，，，不我的转的 但如可们机一变热,过热逆切：械为却程传的凡运与热不是递。是动热的能不、实现过自可程气际象动逆是体转有的都的不化的过关有。
人教版选修热力学第二定律
16
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
传到高温物体而不引起其它变化（即热量不会 自发地从低温物体传到高温物体）。
开尔文表述： 不可能从单一热源吸取热
量并使它完全变为有用的功而不引起其它变化。 (第二类永动机是不可能制成的)
人教版选修热力学第二定律
11
对热力学第二定律的理解
v 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
反，外界的热量会自发
热
量
地传给电冰箱，使其温
度逐渐升高．
贮藏的
食品
人教版选修热力学第二定律
6
热传导的方向性
• 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。
人教版选修热力学第二定律
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。
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人教械版选修能热力学第二定律
10
热力学定第律二的定两律的种两表种述表述
克劳修斯表述： 不可能将热量从低温物体
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．
• 3.第一类永动机和第二类永动机
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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）。
人教版选修热力学第二定律
14
小结 ：
可逆的。
结论4.
气体膨胀(绝热自由膨胀)的人教版过选修程热力学是第二定不律 可逆的。
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二.热力学第二定律
（1）克劳修斯表述：热量不能自发地从 低温物体传到高温物体.
与之相应的经验事实是，当两个不同温 度的物体相互接触时，热量将由高温物体向低 温物体传递，而不可能自发地由低温物体传到 高温物体。如果借助制冷机，当然可以把热量 由低温传递到高温，但要以外界作功为代价， 也就是引起了其他变化。
Q2 低温热库
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9
二.热力学第二定律
（2）开尔文表述：不可能从单一热源吸取热量， 使之完全变成有用的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
克劳修斯表述指明热传导过程是不可逆的。
人教版选修热力学第二定律
4
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？
人教版选修热力学第二定律
5
大气
因为电冰箱消耗了电
热
量
能，对制冷系统做了功，
电冰箱制 冷系统
一做旦切功断电源，电冰箱 就 传不给能外把界其的内空电部气源的了热．量相