-热力学第二定律学案
工程热力学与传热学(第八讲)4-2、3
第二节热力学第二定律一、自发过程和非自发过程自然界中的过程都具有一定的方向性。
如：热量从高温物体传递给低温物体；水从高处流向低处；摩擦所作的功会转变成热等。
这些过程有一个共同特点，就是不需要借助外力的作用就能进行。
自发过程：不需要借助外力的作用就能进行的过程称为自发过程。
非自发过程：需要借助外力的作用才能进行的过程称为非自发过程。
（也就是自发过程的逆过程）。
如用水泵将水由低处流到高处就属于非自发过程。
强调：非自发过程可以进行，只是不能自发进行，而是需要外界条件给予补偿。
如：热量从低温物体传向高温物体需要有机械能转变成热能的过程来补偿；反之，热能转变成机械能则需要有热量从高温物体传向低温物体的过程做补偿。
非自发过程的补偿条件都是自发过程。
即一个非自发过程的进行需要一个自发过程做补偿。
自然界中的一切过程，在没有补偿条件的情况下，都只能朝着自发过程的方向进行。
即任何过程都具有方向性。
二、热力学第二定律的实质和表述热力学第二定律说明了有关热现象的各种过程的方向、条件和限度等问题的规律。
热力学第二定律的代表性描述有两种：1．克劳修斯说法：不可能把热量从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化。
理解：热量不可能自动（自发）地不付代价地从低温物体传到高温物体，它需要机械能转变成热能的自发过程来补偿。
意义：指出了热量传递的方向，从热量传递的角度表述了热力学第二定律。
2．开尔文说法：不可能从单一热源吸收热量使之完全变为有用功，而不引起其他变化。
意义：指出了热功转换过程的方向性以及热变功的条件，从热、功转换的角度表述了热力学第二定律。
理解：（1）热转变成功是非自发过程，实现这种过程需要一定的补偿条件。
即热机在工作时，不仅要有供热的高温热源，额功放热的低温热源。
在部分热转变成功的同时，还要有另一部分的热从高温热源传向低温热源。
即引起了其他变化。
所以，热便成功至少需要两个热源，热效率不可能达到100%。
这就是在循环中热变功的条件和限度。
热力学第二定律(习题)
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例题
将1mol、298K 的O2(g) 放在一恒压容器中，由 容器外的 13.96K 的液态 H2作冷却剂，使体系 冷却为 90.19K 的 O2 (l)。已知 O2在 90.19K 时 的摩尔气化热为 6.820 kJ·mol-1，试计算该冷却 过程中的体系熵变、环境熵变和总熵变。
−1
∴∆G = ∆H − ∆(TS ) = ∆H − (T2 S2 − T1S1 ) = −29488 J
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例题
(C ) ∵ ∆S = nCv ,m ln(T2 T1 ) = 1.5 R ln 2 = 8.644 J ⋅ K −1 ∴ S 2 = S1 + ∆S = 108.6 J ⋅ K
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例题
1mol He(视为理想气体) 其始态为V1＝22.4 dm3， T1＝273K，经由一任意变化到达终态，P2＝202.65 kPa，T2＝303K。试计算体系的熵变。
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例题
解: 终态的体积为 V2= nRT2/P2=8.314×303/202.65 = 12.43 dm3 该过程中体系的熵变为: ∆S = nCV, m ln(T2/ T1)+nRln(V2/ V1) = n3/2 Rln(T2/ T1)+nRln(V2/ V1) =1×8.314×[3/2ln(303/273)+ln(12.43/22.4)] =-3.60 J·K-1
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例题
298.15K 时，液态乙醇的摩尔标准熵为 160.7J· K -1 ·mol -1，在此温度下蒸气压是 7.866kPa， 蒸发热为 42.635 kJ·mol-1。 计算标准压力PӨ下，298.15K 时乙醇蒸气的摩尔标 准熵。假定乙醇蒸气为理想气体。
热力学第2定律
Han Dong-Tai
§5.4 孤立系统熵增原理
1 热力学第二定律数学表达式
如图可逆过程1B2
2 Q
S12 S2 S1 1 T
Q
Q
T 1B2 r
T 2B1 r
( a)
在1-2间作一不可逆过程1A2： 1-A-2-B-1为 一不可逆循环,应用克劳修斯积分不等式
§5.2 卡诺循环及卡诺定理
一、卡诺循环及其热效率 卡诺循环是1824年法国青年
工程师卡诺提出的一种理想的有 重要理论意义的可逆热机的可逆 循环，它是由四个可逆过程组成： 一个可逆热机在二个恒温热源间 工作。
Han Dong-Tai
a—b T1下的可逆等温吸热Q1 b—c 可逆绝热膨胀 c—d T2下的可逆等温放热Q2
T2 Tc vb
T2 Td va
整理得：
ηc
1
T2 T1
Han Dong-Tai
T
卡诺循环热效率的 另一种计算方法： T 1
吸热量 放热量
T2
q1T1(sb' sa') q2 T2(sb' sa')
a
w0
d
q1 q2
sa'
b
c
sb'
s
循环净功 循环热效率
w0 q1 q2 (T1T2)(sb' sa')
Han Dong-Tai
１、热—功转换的方向性
热功转换模 拟图
Han Dong-Tai
续2
１、热—功转换的方向性
Han Dong-Tai
续2
2020_2021学年高中物理第十章热力学定律5热力学第二定律的微观解释10_6能源和可持续发展学案
5 热力学第二定律的微观解释6 能源和可持续发展一、热力学第二定律的微观解释1．有序和无序(1)概念：一个系统的个体按确定的某种规则有顺序地排列即为有序；如果对个体的分布没有确定的要求，“怎样分布都可以”即为无序．(2)特点：有序和无序是相对的，即存在一个有序程度的问题．2．宏观态和微观态(1)概念：在统计物理学中，规定了某种规则，我们就规定了一个“宏观态”，这个“宏观态”可能包含一种或几种“微观态”，不同的“宏观态”对应的“微观态”的个数不同．(2)特点：如果一个“宏观态”对应的“微观态”比较多，那么这个“宏观态”是比较无序的．3．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(选填“增大”或“减小”)的方向进行．这就是热力学第二定律的微观意义．4．熵及熵增加原理(1)熵①物理意义：用来量度系统无序程度的物理量叫作熵．②表达式：S＝k lnΩ，其中k表示玻尔兹曼常数，Ω表示一个宏观态所对应的微观态的数目，S表示熵．(2)熵增加原理：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小．这就是用熵的概念表示的热力学第二定律．一定质量的气体被压缩，从而放出热量，其熵怎样变化？提示：气体被压缩过程中，体积减小，分子间的相对位置越来越确定，系统的无序程度越来越小，所以熵减小．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)的能量转化为内能，流散到环境中无法重新收集起来加以利用的现象．(2)各种形式的能量向内能的转化，是无序程度较小的状态向无序程度较大的状态的转化，是能够自动发生、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方向性．(4)能量耗散虽然不会导致能量总量的减少，却会导致能量品质的降低，它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．流动的水带动水磨做功，由于磨盘之间的摩擦、磨盘和粮食之间的摩擦和挤压，使磨盘和粮食的温度升高，水流的一部分机械能转变成了内能，这些内能最终流散到周围的空气中，我们没有办法把这些流散的内能重新收集起来加以利用．请思考：内能与机械能相比，哪种能量的品质低？提示：内能．能量的耗散虽然不会使能量减少，却会导致能量品质的降低，它实际上将能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式．故内能较之机械能是一种低品质的能量．2．能源与环境(1)能源的种类①常规能源：煤、石油、天然气等．②新能源：太阳能、生物质能、风能、水能等．(2)环境问题：化石能源的资源有限，而且使用时对环境有很大的破坏，造成的环境污染主要有：温室效应、酸雨、光化学烟雾、浮尘等．考点一热力学第二定律的微观意义1．热力学第二定律的微观解释(1)高温物体和低温物体中的分子都在做无规则的热运动，但是高温物体中分子热运动的平均速率要大于低温物体．所以在高温物体分子与低温物体分子的碰撞过程中，低温物体分子运动的剧烈程度会逐渐加剧，即低温物体的温度升高了，而高温物体分子运动的剧烈程度会减缓，即高温物体的温度降低了．所以从宏观热现象角度来看，热传递具有方向性，总是从高温物体传给低温物体．(2)换一种角度看，初始状态我们根据温度的高低来区分两个物体，而终了状态两个物体上的温度处处相同，无法区别，我们就说系统的无序程度增加了．(3)同理可知，在通过做功使系统内能增加的过程中，自然过程是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化的过程．2．热力学第二定律的微观意义：热力学第二定律揭示了涉及热现象的一切宏观自然过程都只能在一个方向上发生，而不会可逆地在相反的方向上出现．它指出在能量得以平衡的众多过程中，哪些可能发生，哪些不可能发生．自然界涉及热现象的一切宏观过程都是不可逆的，宏观自发过程的这种方向性(熵增加的方向)，也就成为时间的方向性．所以，“熵”又常常被称为“时间箭头”．3．熵和熵增加原理(1)熵是反映系统无序程度的物理量，正如温度反映物体内分子平均动能大小一样．系统越混乱，无序程度越大，就称这个系统的熵越大．(2)系统自发变化时，总是向着无序程度增加的方向发展，至少无序程度不会减少．也就是说，系统自发变化时，总是由热力学概率小的状态向热力学概率大的状态进行．从熵的意义上来说，系统自发变化时，总是向着熵增加的方向发展，不会使熵减小．(3)任何宏观物质系统都有一定量的熵，熵也可以在系统的变化过程中产生或传递．【例1】热力学第二定律指出了热量传递方向和热量转化方向的不可逆性，这一结论可以从微观角度出发，从统计意义来进行解释．气体自由膨胀的不可逆性可以用概率来说明(下图)．a、b、c三个分子在A、B两室的分配方式(下图)则：(1)a 分子出现在A 室的概率为________；(2)a 、b 、c 三个分子全部回到A 室的概率为________；(3)N 个分子全部自动收缩到A 室的概率为________．利用统计理论中的概率知识求解．【解析】 a 分子在自由运动后，在A 室、B 室的概率均为12，b 分子在A 室、B 室的概率也为12，c 分子在A 室、B 室的概率亦为12，则a 、b 、c 同时出现在A 室的概率为：12×12×12＝18，则当有N 个分子时，它们同时出现在A 室的概率为12N . 【答案】 (1)12 (2)18 (3)12N 总结提能 从“宏观态”和“微观态”反映有序和无序，充分利用统计学的知识解释热力学第二定律，是本部分的重要题型，这类题目不仅需要有物理知识，还要熟知数学统计学、概率等知识的基本内容．(多选)关于热力学第二定律的微观意义，下列说法正确的是( CD )A ．大量分子无规则的热运动能够自动转变为有序运动B ．热传递的自然过程是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化的过程C ．热传递的自然过程是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的运动状态转化的过程D ．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解析：热力学第二定律的微观意义明确指出：一切自然过程总是沿着分子热运动的无序程度增大的方向进行，所以答案C、D正确．考点二能源的分类【例2】据《中国环境报》报道：从一份科技攻关课题研究结果显示，我国酸雨区已占国土面积的40%以上，研究结果还表明，我国农业每年因遭受酸雨而造成的经济损失高达15亿元．为了有效控制酸雨，目前国务院已批准《酸雨控制区和二氧化硫污染控制区划分方案》等法规．(1)在英国进行的一项研究结果表明：高烟囱可有效地降低地面SO2浓度．在20世纪的60～70年代的10年间，由发电厂排放的SO2增加了35%，但由于建造高烟囱的原因，地面浓度降低了30%，请你从全球环境保护的角度，分析这种做法是否可取？说明理由．(2)用传统的煤、石油作燃料，其主要缺点是什么？与传统的煤、石油作燃料相比，哪种物质可以作为新能源？主要优点是什么，缺点又是什么？温室效应：化石燃料燃烧放出的大量二氧化碳，使大气中二氧化碳的含量大大增加，导致“温室效应”，造成地面温度上升，两极的冰雪融化，海平面上升，淹没沿海地区等不良影响．酸雨污染：排放到大气中的大量二氧化硫和氮氧化物等在降水过程中溶入雨水，使其形成酸雨，酸雨进入地表、江河，破坏土壤，影响农作物生长，使生物死亡，破坏生态平衡．同时，还会腐蚀建筑结构、工业装备、动力和通讯设备等，还直接危害人类健康．【解析】(1)这种方法并不可取，因为虽然高烟囱可有效地降低地面SO2浓度，但并不能减少排放到大气中的SO2总量，总污染量并未减少，并且高空中的SO2很容易与雨水结合，形成酸雨危害环境．(2)传统的煤、石油作燃料，其主要缺点是燃烧过程中产生污染，危害环境．氢这种物质可以作为新能源，因为相同质量的氢与煤、石油相比，放出的热量更多，并且燃烧后只产生水，无污染物形成．缺点是大量的单质氢不容易获得，成本太高，并且氢的熔点很低，不容易液化，给运输带来不安全因素．总结提能过度开采常规能源已造成能源危机，使用常规能源也直接污染着地球环境．(多选)煤是重要的能源和化工原料，直接燃烧既浪费资源又污染环境．最近，某企业利用“煤粉加压气化制备合成气新技术”，让煤变成合成气(一氧化碳及氢气总含量≥90%)，把煤“吃干榨尽”．下列有关说法正确的是( ACD )A．煤粉加压气化制备合成气过程涉及化学变化和物理变化B．煤粉加压气化制备合成气过程涉及化学变化但没有物理变化C．该技术实现了煤的清洁利用D．该技术实现了煤的高效利用解析：煤粉加压气化制备合成气中既有物理变化，又有化学变化，A正确，B错误；该技术使煤得以良好利用又环保，C、D正确．1．已知一个系统的两个宏观态甲、乙，其对应微观态的个数分别为较少、较多，则下列关于两个宏观态的描述及自发过程的可能方向的说法中正确的是( A )A．甲比较有序，乙比较无序，甲→乙B．甲比较无序，乙比较有序，甲→乙C．甲比较有序，乙比较无序，乙→甲D．甲比较无序，乙比较有序，乙→甲解析：一个宏观态对应微观态的多少标志了宏观态的无序程度，从中还可以推知系统自发地进行方向，微观态数目越多，表示越无序，故甲较有序，乙较无序，C、D错误；一切自发过程总沿着无序性增大的方向进行，即甲→乙，A正确，B错误．2．关于气体向真空中扩散的规律，下列叙述中错误的是( B )A．气体分子数越少，扩散到真空中的分子全部回到原状态的可能性越大B．气体分子数越多，扩散到真空中的分子全部回到原状态的可能性越大C．扩散到真空中的分子在整个容器中分布得越均匀，其宏观态对应的微观态数目越大D．气体向真空中扩散时，总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行解析：气体分子数越多，其宏观态对应的微观态数目越多，无序性越大，所以回到原状态的可能性越小，因此B错误．3．(多选)下列关于晶体熔化的说法中正确的是( BD )A．在晶体熔化的过程中，温度不变，分子热运动的平均速率不变，则无序程度不变B．晶体熔化时，分子的平衡位置在空间的较为规则排列，变为分子的平衡位置的较为无序排列，则无序度增大C．在晶体熔化的过程中，熵将保持不变D．在晶体熔化的过程中，熵将增加解析：在晶体熔化的过程中，分子的平衡位置由较有规则变为无规则，无序度增大，熵将增加，故B、D对．4．(多选)关于“温室效应”，下列说法正确的是( BC )A．太阳能源源不断地辐射到地球上，由此产生了“温室效应”B．石油和煤炭燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量，由此产生了“温室效应”C．“温室效应”使得地面气温上升、两极冰雪融化D．“温室效应”使得土壤酸化解析：“温室效应”的产生是由于石油和煤炭燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量．它的危害是使地面气温上升、两极冰雪融化、海平面上升、淹没沿海城市、海水向河流倒灌、耕地盐碱化等，故B、C选项正确．5．下列供热方式最有利于环境保护的是( D )A．用煤供热B．用石油供热C．用天然气或煤气供热D．用太阳灶供热解析：煤、石油、天然气等燃料的利用，使人类获得大量的内能．但由于这些燃料中含有杂质以及燃烧的不充分，使得废气中含有的粉尘、一氧化碳、二氧化硫等物质污染了大气．而太阳能是一种无污染的能源，是不会污染环境的，应大力推广，故答案应选D.。
高中物理第5章热力学定律第节热力学第二定律熵无序程度的量度教学案鲁科版选修1
第3、4节热力学第二定律__熵—无序程度的量度1.凡是与热现象有关的宏观过程都具有方向性。
2．热力学第二定律有两种表述，克劳修斯表述：“不可能使热量从低温物体传向高温物体而不引起其他变化”，开尔文表述：“不可能从单一热源吸收热量，使之完全变为有用功而不引起其他变化”；第二类永动机违背热力学第二定律，不可能制成。
3．用来量度系统无序程度的物理量叫熵，在孤立系统中，一切不可逆过程必然朝着熵增加的方向进行。
[自读教材·抓基础]1．可逆过程和不可逆过程(1)可逆过程：一个系统由某一状态出发，经过某一过程到达另一状态，如果存在另一过程，它能使系统和外界完全复原，即系统回到原来的状态，同时消除原来过程对外界的一切影响，则原来的过程称为可逆过程。
(2)不可逆过程：如果用任何方法都不能使系统与外界完全复原，则原来的过程称为不可逆过程。
2．热传导的方向性(1)热量可以自发地由高温物体传给低温物体，或者由物体的高温部分传给低温部分。
(2)热量不能自发地由低温物体传给高温物体。
(3)热传递是不可逆过程，具有方向性。
3．功和热相互转变的方向性(1)功转变为热这一热现象是不可逆的，具有方向性。
(2)热转变为功这一热现象也是不可逆的，具有方向性。
4．结论凡是与热现象有关的宏观过程都具有方向性。
[跟随名师·解疑难]1．热传导的方向性(1)“自发地”是指没有任何外界的影响或帮助。
如重物下落、植物的开花结果等都是自然界客观存在的一些过程。
(2)热量从高温物体传给低温物体，是因为两者之间存在着温度差，而不是热量从内能多的物体传给内能少的物体。
由内能的定义可知，温度低的物体有可能比温度高的物体内能大。
2．热机的原理及效率(1)定义：热机就是消耗内能对外做功的一种装置。
(2)原理：热机从热源吸收热量Q1，推动活塞做功W，然后向冷凝器释放能量Q2。
(3)效率：由能量守恒定律知Q1＝W＋Q2，我们把热机做功W和它从热源吸收的热量Q1的比值叫做热机效率，用η表示，即η＝WQ1×100%。
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的重要定律之一，它描述了热量在自然界中的传递方向。
热力学第二定律对于理解能量转化和宇宙演化具有重要意义。
在本文中，我们将探讨热力学第二定律的基本原理和应用。
1. 热力学第二定律的基本原理热力学第二定律可以从不同角度进行表述，但最为常见的是开尔文-普朗克表述和卡诺定理。
1.1 开尔文-普朗克表述开尔文-普朗克表述中，热力学第二定律可以简要地概括为“热量不会自发地从低温物体传递到高温物体。
”这意味着热量的传递是不可逆的，自然趋向于热量从高温物体传递到低温物体。
1.2 卡诺定理卡诺定理是另一种常见的表述方式，它描述了理想热机的最高效率。
根据卡诺定理，任何一台工作在两个温度之间的热机的效率都不会超过理论上的最高效率，这个最高效率由热源温度和冷源温度决定。
2. 热力学第二定律的应用热力学第二定律在许多领域都有重要的应用，下面我们将介绍几个常见的应用领域。
2.1 工程领域在工程领域中，热力学第二定律被广泛运用于热能转化系统的设计和优化。
例如，在汽车发动机中，通过合理设计燃烧过程、热能回收和废热利用等手段，可以提高发动机的效率，减少能量的浪费。
2.2 环境科学热力学第二定律的应用也涉及到环境科学领域。
例如，根据热力学第二定律的原理，热力学模型可以用于预测和评估环境中的能量传递和转化过程。
这有助于我们更好地理解和管理环境资源。
2.3 生命科学热力学第二定律在生命科学中也有广泛的应用。
生物体内的能量转化和代谢过程都受到热力学定律的限制。
通过热力学模型的建立和分析，可以深入研究生物体内能量转化的机理与调控。
3. 热力学第二定律的发展与挑战热力学第二定律的发展经历了许多里程碑，但仍然存在一些挑战和未解之谜。
3.1 热力学第二定律与时间箭头热力学第二定律与时间箭头之间的关系是一个待解之谜。
根据热力学第二定律，熵在一个封闭系统中总是增加的，即系统总是趋向于混乱状态。
然而，宇宙的演化似乎表明时间具有一个明确的方向，即宇宙从低熵状态（有序状态）向高熵状态（混乱状态）演化。
热力学第二定律
2．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
3．两种表述是等价的． 可以从一种表述导出另一种表述，两种表述
热力学第二定律
1、内容：在物理学中，反映宏观自然过 程的方向性的定律就是热力学第二定律 （second law of thermodynamics).
2、作用：主要用来解决与热现象有关的 由大量分子参与的宏观过程进行的方向性 问题。
3、热力学第二定律的多种表述
说明：“对任何一类与热现象有关的宏观自然 过程进行方向的说明” 都可作为热力学第二定 律的表述。因此不同的过程就对应的描述，所以 热力学第二定律有多种描述。
电冰箱能把热量由温度比外部低箱内部传到温 度较高的外界空气，是不是自发地？如不是自发 地，则原因是什么？说明了什么？
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。
电冰箱工作时热量从温度较低冰箱内部传给温度相对
较高外界空气，是因为电冰箱消耗了电能，制冷系统做 了功，一旦切断电源，压缩机不工作，就不能把其内部 的热量传给外界的空气了．热量从温度较高的外界自发 地传给温度较低的电冰箱内部，使其温度逐渐升高，知 道没有温差而停止．由此说明，热量自发传递的方向是 确定的。
T1 Q1
A
热机
Q2
Q2
低温热源
T2
高温热源
QT1 1Q2
A
单热机
热力学过程是有方向性的T。2
热力学第二定律的发展史
黄山中学物理资料3-3——热力学第二定律
B．在任何条件下内能不可能转化为机械能，只有机械能才能转化为内能
C．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
D．以上说法均不正确
例2：下列说法正确的是（）
A．热传导的过程是有方向性的
B．第二类永动机不可能制成，因为它违反能量守恒
C．第二类永动机不可能制成，因为机械能和内能的转化过程具有方向性
（四）热力学第二定律的另外的表述：第二类永动机不可能制成。
（五）热力学第二定律的微观解释
1、有序：一个系统的个体按确定的_________，有顺序地排列。
2、无序：一个系统的个体分布没有确定的要求，分布是_________的。有序与无序是相对的。
3、宏观自发过程的方向性
一切自然过程总是沿着分子热运动的__________________的方向进行，这就是热力学第二定律的微观解释。
二、自主学习
（一）热力学定律的克劳修斯表述
1、在物理学中，热力学第二定律是反映宏观自然过程的__________的定律。克劳修斯表述：_____________________________________________________________。2、克劳修斯表述揭示了____________的方向性。
物理学科学案
课题：热力学第二定律及微观解释
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学习目标：
1、了解热传导的方向性
2、知道热力学第二定律两种不同的表述，以及这两种表述的物理实质
3、了解什么是第二类永动机，为什么第二类永动机不可能制成
4、知道热力学第三定律
重点：热力学第二定律两种不同的表述
难点：热力学第二定律两种表述的物理实质
4、一种冷暖两用空调铭牌上标有如下指标：输入功率1kW，制冷能力1.2×104kJ/h，制热能力1.3×104kJ/h。这样该空调制热时没消耗1J电能，将发出多少热量？这是指标注错了还是能量不守恒呢？
第二章-热力学第二定律
第二章-热力学第二定律第二章 热力学第二定律练习参考答案1. 1L 理想气体在3000K 时压力为1519.9 kPa ，经等温膨胀最后体积变到10 dm 3，计算该过程的W max 、ΔH 、ΔU 及ΔS 。
解: 理想气体等温过程。
ΔU =ΔH =0W max =⎰21V V p d V =⎰21V V VnRTd V =nRT ln(V 2/ V 1)=p 1V 1 ln(V 2/ V 1) = 1519.9×103×1×10-3×ln(10×10-3/ 1×10-3)=3499.7 (J ) =3.5 (k J ) 等温时的公式 ΔS =⎰21V V p d V / T =nR ln(V 2/ V 1) =W max /T=3.5×103/ 3000 =1.17 (J •K -1)2. 1mol H 2在27℃从体积为1 dm 3向真空膨胀至体积为10 dm 3，求体系的熵变。
若使该H 2在27℃从1 dm 3经恒温可逆膨胀至10 dm 3，其熵变又是多少？由此得到怎样结论？解: 等温过程。
向真空膨胀:ΔS = ⎰21V V p d V / T =nR ln(V 2/ V 1)(等温） =1×8.314×ln(10/ 1) = 19.14 (J •K -1)可逆膨胀: ΔS =⎰21V V p d V / T =nR ln(V 2/ V 1)=1×8.314×ln(10/ 1) = 19.14 (J •K -1)状态函数变化只与始、终态有关。
3. 0.5 dm 3 70℃水与0.1 dm 3 30℃水混合，求熵变。
解: 定p 、变T 过程。
设终态体系温度为t ℃，体系与环境间没有热传导；并设水的密度(1 g •cm -3)在此温度范围不变。
查附录1可得C p,m (H 2O, l ) = 75.48 J •K -1•mol -1。
第三章 热力学第二定律
IR
WIR QIR
(Q1)IR (Q2 )IR (Q1 ) IR
T1 T2 T1
1 (Q2 )IR 1 T2
(Q1 ) IR
T1
(Q1)IR (Q2 )IR 0 用（b）中相同(T的1)环方法(，T2 )对环 任意的变温不可逆循环，也可
以用无限个微小过程代替，得到
任意不可逆循环热温商之和小于零。
BQI
A
T环
不可逆 可逆
，或
dS QI TSU
不可逆 可逆
• 若系统经绝热过程 QI 0
有
S绝 0
不可逆 ，或
可逆
dS绝 0
不可逆 可逆
• 若在隔离系统中发生的过程 QI 0
不可逆
S隔 0 可逆 ，或
不可逆
dS隔 0 可逆
此二式就是熵增加原理的数学表达式。它表示：在绝
热或隔离系统中进行不可逆过程（实际可发生的过
低温物体（T(不2）可逆)
由上分析看见：无论是功→热的转化，还是 传热过程都 有明确的方向。这些实际发生的过 程都不能简单逆转，其共性——都是不可逆的
9
3.2 熵，熵增原理···················
1. 卡诺定理
（i）工作于两个一定温度间的所有卡诺循环都有相同 的
效率
R
T1 T2 T1
若V1 V2
S
CV
为常数
,m
nCV ,m
ln
T2
T1
由此二式可知，当T2＞T1，ΔS＞0，即定压（或定容） 下，S高温＞S低温。
21
（3）系统经绝热可逆过程 (QR )S 0 , (QR )S 0
S
QR
T
0
热力学第二定律的研究和应用
热力学第二定律的研究和应用热力学第二定律，又称为熵增定律，是热力学中的基本定律之一。
它指出，一个孤立系统从一个有序的状态演化到一个无序的状态的概率永远是不断增加的。
这个定律的背后，是关于熵的概念的理解。
熵可以被理解为系统状态的混乱程度，也可以被看作是热力学过程中能量无法转化为有用能量的部分。
第二定律的熵增原理，可以被看作是一个物理学中的版图原理。
因为热力学第二定律在热力学中的作用极其重要，许多学者都在尝试去探究这个定律的实际意义及其应用。
以下，我们将通过一些案例研究，来说明热力学第二定律的研究和应用。
案例1：热机效率一个热机是如何利用热能来做功的呢？我们知道，热机的工作原理是基于热力学第二定律的。
它利用了两个热源的温度差异，将热能转化为机械能。
根据热力学第二定律的熵增原理，这个过程不可逆，系统的熵会不断增加。
因为熵的增加是热力学过程中不可避免的，所以我们需要衡量一个热机对于这种过程的运用效率。
对于一个热机，其效率可以被定义为所释放的热能与所摄取的热能之比。
这个比值在热力学中被称作“Carnot效率”。
Carnot效率被认为是所有热机可能达到的最大效率。
它的公式为：η = 1 - Tc/Th其中，η表示热机的效率；Tc和Th分别是热机在工作过程中吸收和释放热能的温度，Tc小于Th。
可以看到，Carnot效率里面有一个温度差Tc-Th的计算，这正是热力学第二定律的体现。
它告诉我们，只有当能量从高温区域流向低温区域时，才能进行有用的工作。
因为这个效率达到最大值时，热力学第二定律的熵增量也最小。
案例2：生态系统的稳定热力学第二定律不仅仅在热力学中有着重要的意义，它也对生态系统的演化和稳定产生了深远的影响。
在自然界中，生态系统未必总是处于平衡状态。
它们可能在某些情况下会经历灾难性的变化，如气候变化、物种灭绝、森林砍伐、沙漠化等等。
在这些情况下，生态系统中各种介质的熵将增加，许多生物将会适应生态系统瓦解、生物物种不断灭绝的过程，或者灭绝于此。
大学物理化学2-热力学第二定律课后习题及答案
热力学第二定律课后习题答案习题1在300 K ，100 kPa 压力下，2 mol A 和2 mol B 的理想气体定温、定压混合后，再定容加热到600 K 。
求整个过程的∆S 为若干？已知C V ,m ,A = 1.5 R ，C V ,m ,B = 2.5 R[题解]⎪⎩⎪⎨⎧B(g)2mol A(g)2mol ，，纯态 3001001K kPa，（）−→−−−−混合态，，2mol A 2mol B100kPa 300K 1+==⎧⎨⎪⎪⎩⎪⎪p T 定容（）−→−−2混合态，，2mol A 2mol B 600K 2+=⎧⎨⎪⎩⎪T ∆S = ∆S 1 + ∆S 2，n = 2 mol∆S 1 = 2nR ln ( 2V / V ) = 2nR ln2 ∆S 2 = ( 1.5nR + 2.5nR ) ln （T 2 / T 1）= 4nR ln2 所以∆S = 6nR ln2= ( 6 ⨯ 2 mol ⨯ 8.314 J ·K -1·mol -1 ) ln2 = 69.15 J ·K -1 [导引]本题第一步为理想气体定温定压下的混合熵，相当于发生混合的气体分别在定温条件下的降压过程，第二步可视为两种理想气体分别进行定容降温过程，计算本题的关键是掌握理想气体各种变化过程熵变的计算公式。
习题22 mol 某理想气体，其定容摩尔热容C v ，m =1.5R ，由500 K ，405.2 kPa 的始态，依次经历下列过程：(1)恒外压202.6 kPa 下，绝热膨胀至平衡态； (2)再可逆绝热膨胀至101.3 kPa ； (3)最后定容加热至500 K 的终态。
试求整个过程的Q ，W ，∆U ，∆H 及∆S 。
[题解] （1）Q 1 = 0，∆U 1 = W 1， nC V ,m （T 2－T 1）)(1122su p nRT p nRT p --=， K400546.2022.405)(5.11221211212====-=-T T kPa p kPa p T p T p T T ，得，代入，（2）Q 2 = 0，T T p p 3223111535325=-=-=--()γγγγ，， T T 320.42303==-()K（3）∆V = 0，W 3 = 0，Q U nC T T V 3343232831450030314491==-=⨯⨯⨯-=∆,()[.(.)].m J kJp p T T 434350030310131671==⨯=(.).kPa kPa 整个过程：Q = Q 1 + Q 2+ Q 3 =4.91kJ ，∆U = 0，∆H = 0，Q + W = ∆U ，故W =－Q =－4.91 kJ∆S nR p p ==⨯=--ln (.ln ..).141128314405616711475J K J K ··[导引]本题的变化过程为单纯pVT 变化，其中U 、H 和S 是状态函数，而理想气体的U 和H 都只是温度的函数，始终态温度未变，故∆U = 0，∆H = 0。
第三章热力学第二定律
第三章热力学第二定律第三章 热力学第二定律（一）主要公式及其适用条件1、热机效率1211211/)(/)(/T T T Q Q Q Q W -=+=-=η式中：Q 1及Q 2分别为工质在循环过程中从高温热源T 1所吸收的热量和向低温热源T 2所放出的热量，W 为在循环过程中热机对环境所作的功。
此式适用于在两个不同温度的热源之间所进行的一切可逆循环。
2、卡诺定理的重要结论⎩⎨⎧<=+不可逆循环可逆循环,0,0//2211T Q T Q不论是何种工作物质以及在循环过程中发生何种变化，在指定的高、低温热源之间，一切要逆循环的热温商之和必等于零，一切不可逆循环的热温商之和必小于零。
3、熵的定义式TQ dS /d r def ＝ 式中：r d Q 为可逆热，T 为可逆传热r d Q 时系统的温度。
此式适用于一切可逆过程熵变的计算。
4、克劳修斯不等式⎰⎩⎨⎧≥∆21)/d (可逆过程不可逆过程T Q S上式表明，可逆过程热温商的总和等于熵变，而不可逆过程热温商的总和必小于过程的熵变。
5、熵判据∆S (隔) = ∆S (系统) + ∆S (环境)⎩⎨⎧=>系统处于平衡态可逆过程能自动进行不可逆,,0,,0 此式适用于隔离系统。
只有隔离系统的总熵变才可人微言轻过程自动进行与平衡的判据。
在隔离系统一切可能自动进行的过程必然是向着熵增大的方向进行，绝不可能发生∆S （隔）<0的过程，这又被称为熵增原理。
6、熵变计算的主要公式⎰⎰⎰-=+==∆212121r d d d d d T p V H T V p U T Q S对于封闭系统，一切可逆过程的熵变计算式，皆可由上式导出。
（1）∆S = nC V ,m ln(T 2/T 1) + nR ln(V 2/V 1)= nC p,m ln(T 2/T 1) + nR ln(p 2/p 1)= nC V ,m ln(p 2/p 1) + nC p,m ln(V 2/V 1)上式适用于封闭系统、理想气体、C V ,m =常数、只有pVT 变化的一切过程。
热力学第二定律
T1
Q1
Q1’
IRWIR R WR
Q2
Q2’
T2
24
四、卡诺定理
定理1：在相同温度的高温热源和相同的低温热源 之间工作的一切可逆循环，其热效率都相 等，与可逆循环的种类无关，与采用哪种 工质也无关。
定理2：在同为温度T1的热源和同为温度T2的冷源 间工作的一切不可逆循环，其热效率必小 于可逆循环热效率。
5
热力学第二定律的表述有 60-70 种
热功转换
传热
1851年 开尔文－普朗克表述
热功转换的角度
1850年 克劳修斯表述 热量传递的角度
6
1.克劳修斯表述——热量不可能自发地不花代价地从低温 物体传向高温物体。
2.开尔文-普朗克表述——不可能制造循环热机，只从单 一热源吸热，将之全部转化为功，而 不在外界留下任何影响。
T1
’ c
T0 c’
1
1 T0 T1
T1 q1
Hp w q2
T0 18
三种卡诺循环
T T1
制热
T0
制冷
T2
T1
动力
T2
s
19
概括性卡诺热机 Ericsson cycle
如果吸热和放热的多变指数相同
∴ ab = cd = ef
完全回热
T
a T1 b
t
1 T2 T1
c
n
n
d e T2 c f
14
卡诺循环热机效率
t
w q1
q1 q2 q1
1 q2 q1
卡诺循环热机效率
4.4《热力学第二定律的微观解释》学案(教科版选修3-3)
课题：10、5热力学第二定律的微观解释学习目标：知识与技能：1、知道有序和无序，宏观态和微观态的概念2、知道熵的概念，知道熵是反映系统无序程度的物理量。
知道任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减少3、了解热力学第二定律的微观意义。
知道随着条件的变化，熵是变化的。
过程与方法：1、学会通过现象总结规律的科学方法2、知道熵的概念，知道任何自然过程中一个孤立系统的总熵不会减少情感态度和价值观：培养分析、归纳、综合能力重点：热力学第二定律的微观解释难点：熵的概念知识链接：1、热力学第一定律2、热力学第二定律的第一种表述：3、热力学第二定律的第二种表述：学习过程：1、举例说明什么是有序和无序。
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、简述什么是宏观态和微观态。
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、什么样的宏观态是比较无序的？4、阅读教材p64总结热力学第二定律的微观意义5、写出熵与微观态数目的定量关系6、写出熵增加原理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。
例1 一个物体在粗糙的平面上滑动，最后停止。
系统的熵如何变化？解析：因为物体由于受到摩擦力而停止运动，其动能变为系统的内能，增加了系统分子无规则运动的程度，使得无规则运动加强，也就是系统的无序程度增加了，所以系统的熵增加。
2018版高考：11.3《热力学定律》教学案(含答案)
第3讲热力学定律
考纲下载：1.热力学第一定律(Ⅰ) 2.
能量守恒定律(Ⅰ) 3.热力学第二定律 (Ⅰ)
主干知识·练中回扣——忆教材 夯基提能 1．热力学第一定律 (1)改变内能的两种方式
(2)热力学第一定律
①内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。
②表达式：ΔU ＝Q ＋W 。
③符号法则
2.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。
(2)开尔文表述
不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响，或表述为“第二类永动机是不可能制成的”。
3．能量守恒定律
(1)内容
能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总和保持不变。
(2)能源的利用
①存在能量耗散和品质降低。
②重视利用能源时对环境的影响。
③要开发新能源(如太阳能、生物质能、风能、水流能等)。
巩固小练
判断正误
(1)做功和热传递的实质是相同的。
(×)
(2)绝热过程中，外界压缩气体，对气体做功，气体的内能可能减少。
(×)
(3)物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变。
(√)
(4)在给自行车打气时，会发现打气筒的温度升高，这是因为外界对气体做功。
(√)
(5)自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，能量并没有消失。
(√)
(6)热量可以从低温物体传到高温物体。
(√)。
第三章热力学第二定律
第三章 热力学第二定律一、本章小结热力学第二定律揭示了在不违背热力学第一定律的前提下实际过程进行的方向和限度。
第二定律抓住了事物的共性，推导、定义了状态函数—熵，根据熵导出并定义了亥姆霍兹函数和吉布斯函数，根据三个状态函数的变化可以判断任意或特定条件下实际过程进行的方向和限度。
通过本章的学习，应该着重掌握熵、亥姆霍兹函数和吉布斯函数的概念、计算及其在判断过程方向和限度上的应用。
同时，进一步加深对可逆和不可逆概念的认识。
自然界一切自发发生的实际宏观过程均为热力学不可逆过程。
而在没有外界影响的条件下，不可逆变化总是单向地趋于平衡态。
主要定律、定义及公式：1. 热力学第二定律克劳修斯说法：“不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其它影响。
” 开尔文说法：“不可能从单一热源吸取热量使之完全转化为功而不产生其它影响。
” 2. 热力学第三定律： 0 K 时纯物质完美晶体的熵等于零。
()*m 0lim ,0T S T →=完美晶体 或 ()*m0K 0S =完美晶体，。
3. 三个新函数的定义式r δd Q S T =或 2r1δΔQ S T=⎰A U TSG H TS=-=-物理意义：恒温过程 r dA W δ=恒温恒压过程 'r dG W δ=4. 定理卡诺定理：在T 1与T 2两热源之间工作的所有热机中，卡诺热机的效率最高。
12121T T Q Q T Q ⎧-+≥⎨⎩＞不可逆循环＝可逆循环 12120,0,Q Q T T <⎧+⎨=⎩不可逆循环可逆循环克劳修斯不等式：2121δ,Δδ,Q T S Q T⎧>⎪⎪⎨⎪=⎪⎩⎰⎰不可逆过程可逆过程熵增原理：0,Δ0,S >⎧⎨=⎩绝热不可逆过程绝热可逆过程5. 过程判据熵判据：适用于任何过程；iso sysamb ΔΔΔS S S =+ 000>⎧⎪=⎨⎪<⎩，不可逆，可逆，不可能发生的过程亥姆霍兹（函数）判据：适用于恒温恒容，W ＇=0的过程；,0,d 00T VA <⎧⎪⎨⎪>⎩自发＝，平衡，反向自发 吉布斯（函数）判据：适用于恒温恒压，W ＇=0；,0,d 00T p G <⎧⎪⎨⎪>⎩自发＝，平衡，反向自发 6. 熵变计算公式最基本计算公式：2r1δΔQ S T=⎰次基本计算公式：21d d ΔU p VS T+=⎰（δW ＇= 0 ） 理想气体pVT 变化熵变计算公式：22,m 11Δln ln V T V S nC nR T V =+ 21,m 12Δlnln p T p S nC nR T p =+ 22,m ,m 11Δlnln V p p V S nC nC p V =+ 请读者自己从次基本计算公式推出以上三式，再由以上三式分别推导出理想气体恒温、恒压、恒容熵变计算公式。
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-热力学第二定律学案第三节热力学第二定律1．热量不能自动地从____________传递到____________，或者说，不能使热量由____________传递到____________，而不引起其他变化．这就是热力学第二定律的克劳修斯表述，它阐述的是____________的方向性．2．不可能从____________吸收热量并把它________________，而不引起其他变化，这就是热力学第二定律的开尔文表述．开尔文表述阐述了________________________过程的方向性，即通过做功，机械能可以________转化为内能，而内能无法________用来做功以转换成机械能，而不引起其他变化．3．有一类永动机，不违反________________，但违反__________________，这样的永动机叫做第二类永动机．第二类永动机是不可能制成的．4．热力学第二定律的微观实质是：与热现象有关的________的宏观过程，总是朝着分子热运动状态无序性________的方向进行．熵是描述物体的____________的物理量，物体内部分子热运动无序程度越高，物体的熵就________．因此热力学第二定律又称为熵增加原理．5．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．一切不违反能量守恒定律的物理过程都是可能实现的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6．下列说法中正确的是()A．功可以完全转化为热量，而热量不可以完全转化为功B．热机必须是具有两个热源，才能实现热功转化C．热机的效率不可能大于1，但可能等于1 D．热机的效率必定小于17．任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会()A．增加B．不变C．减小D．无法判断【概念规律练】知识点一热传导的方向性1．关于热传导的方向性，下列说法正确的是()A．热量能自发地由高温物体传给低温物体B．热量能自发地由低温物体传给高温物体C．在一定条件下，热量也可以从低温物体传给高温物体D．热量不可能从低温物体传给高温物体知识点二机械能和内能转化过程的方向性2．下列说法正确的是()否正确？为什么？知识点四热力学第二定律的微观实质6．关于热力学第二定律的微观意义，下列说法正确的是()A．大量分子无规则的热运动能够自动转变为有序运动B．热传递的自发过程是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化的过程C．热传递的自发过程是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的运动状态转化的过程D．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7．热力学第二定律的开尔文表述指出：内能与机械能的转化具有方向性．请结合熵的变化加以解释．【方法技巧练】热力学第二定律的应用技巧8．如图1中汽缸内盛有定量的理想气体，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杆对外做功．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()图1A．气体是从单一热源吸热，全部用来对外做功，此过程违反热力学第二定律B．气体是从单一热源吸热，但并未全部用来对外做功，此过程不违反热力学第二定律C．气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，此过程不违反热力学第二定律D．以上三种说法都不对1．下列说法中正确的是()A．电动机是把电能全部转化为机械能的装置B．热机是将内能全部转化为机械能的装置C．只要对内燃机不断改进，就可以把内燃机得到的全部内能转化为机械能D．虽然不同形式的能量可以相互转化，但不可能将已转化成内能的能量全部收集起来加以完全利用2．关于热力学定律和分子动理论，下列说法中正确的是()A．我们可以利用高科技手段，将流散到周围环境中的内能重新收集起来加以利用而不引起其他变化B．利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能，这在原理上是可行的C．在分子力作用范围内，分子力总是随分子间距离的增大而减小D．温度升高时，物体中每个分子的运动速率都将增大3．下列说法正确的是()A．热量不能由低温物体传递到高温物体B．外界对物体做功，物体的内能必定增加C．第二类永动机不可能制成，是因为违反了能量守恒定律D．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4．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2所示，电流计指针会发生偏转，这就是温差发电现象．关于这一现象的正确说法是()A．这一实验不违背热力学第二定律B．在实验过程中，热水温度降低，冷水温度升高C．在实验过程中，热水的内能全部转化成电能，电能则部分转化成冷水的内能D．在实验过程中，热水的内能只有部分转化成电能，电能则全部转化成冷水的内能5．图3为电冰箱的工作原理示意图．压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环．在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外．下列说法正确的是()A．热量可以自动地从冰箱内传到冰箱外B．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能C．电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律D．电冰箱的工作原理违反热力学第一定律6．我们绝不会看到：一个放在水平地面上的物体，靠降低温度可以把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来．其原因是()A．违背了能量守恒定律B．在任何条件下内能不可能转化成机械能，只有机械能才能转化成内能C．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D．以上说法均不正确7．17世纪70年代，英国赛斯特城的主教约翰·维尔金斯设计了一种磁力“永动机”，其结构如图4所示，在斜面顶端放一块强磁铁M，斜面上、下端各有一个小孔P、Q，斜面下有一个连接两小孔的弯曲轨道．维尔金斯认为：如果在斜坡底放一个铁球，那么在磁铁的引力作用下，铁球会沿斜面向上运动，当球运动到P孔时，它会漏下，再沿着弯曲轨道返回到Q，由于这时球具有速度可以对外做功．然后又被磁铁吸引回到上端，到P处又漏下……对于这个设计，下列判断中正确的是()A．满足能量转化和守恒定律，所以可行B．不满足热力学第二定律，所以不可行C．不满足机械能守恒定律，所以不可行D．不满足能量守恒定律，所以不可行8．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9．下列说法中正确的是()A．机械能和内能之间的转化是可逆的B．气体向真空的自由膨胀是可逆的C．如果一个“宏观态”对应的“微观态”比较多，就说明这个“宏观态”是比较有序的D．如果一个“宏观态”对应的“微观态”比较多，就说明这个“宏观态”是比较无序的10．下面关于熵的说法中错误的是() A．熵是系统内分子运动无序性的量度B．在自然过程中一个孤立系统的熵总是增加或不变的C．热力学第二定律也叫做熵减小原理D．熵值越大代表越无序11．(双选)下面关于热力学第二定律微观意义的说法正确的是()A．从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律B．一切自发过程总是沿着分子热运动无序性减小的方向进行C．有的自发过程沿着分子热运动无序性增大的方向进行，有的自发过程沿着分子热运动无序性减小的方向进行D．在任何自发过程中，一个孤立系统总熵不会减少12.质量相同、温度相同的水，如图5所示分别处于固态、液态和气态三种状态下，它们的熵的大小有什么关系？为什么？图513.下列所述过程是可逆的，还是不可逆的？(1)气缸与活塞组合中装有气体，当活塞上没有外加压力，活塞与气缸间没有摩擦，使气体自由膨胀时．(2)上述装置，当活塞上没有外加压力，活塞与气缸间摩擦很大，使气体缓慢地膨胀时．(3)上述装置，没有摩擦，但调整外加压力，使气体能缓慢地膨胀时．(4)在一绝热容器内盛有液体，不停地搅动它，使它温度升高．(5)一传热的容器内盛有液体，容器放在一恒温的大水池内，不停地搅动液体，可保持温度不变．(6)在一绝热容器内，不同温度的液体进行混合．(7)在一绝热容器内，不同温度的氦气进行混合．14．某同学家新买了一台双门电冰箱，冷藏室容积为107 L，冷冻室容积为118 L，假设室内空气为理想气体．(1)若室内空气摩尔体积为22.5×10－3 m3/mol，阿伏加德罗常数为6.0×1023 mol－1，在家中关闭冰箱门密封后，电冰箱的冷藏室和冷冻室内大约共有多少个空气分子．(2)若室内温度为27℃，大气压为1×105 Pa，关闭冰箱门通电工作一段时间后，冷藏室内温度降为6℃，若冷冻室温度降为－9℃，此时冷藏室与冷冻室中空气的压强差多大．(3)冰箱工作时把热量从温度较低的冰箱内部传到温度较高的冰箱外部，请分析说明这是否违背热力学第二定律．第三节热力学第二定律课前预习练1．低温物体高温物体低温物体高温物体热传导2．单一热源全部用来做功机械能与内能转化全部全部3．热力学第一定律热力学第二定律4．自发增加无序程度越大5．AC[热力学第二定律是反映宏观自然过程的方向性的定律．热量不能自动地从低温物体传到高温物体，但可以自发地从高温物体传到低温物体；并不是所有符合能量守恒定律的宏观过程都能实现，故A、C正确，B、D错误．] 6．D[本题要求全面领会开尔文表述的含义，同时注意语言逻辑性．开尔文表述没有排除热量可以完全转化为功，但必然要产生其他变化，比如气体等温膨胀，气体内能完全转化为功，但气体体积增大了，A错误；开尔文表述指出，热机不可能只有单一热源．但未必就是两个热源．可以具有两个以上热源，B错误；由η＝Q1－Q2 Q1可知，只要Q2≠0，η≠1，如果Q2＝0，则低温热源不存在，违背了开尔文表述，故C错误，D 正确．]7．C课堂探究练1．AC[在有外力做功的情况下，热量可以从低温物体传给高温物体，但热量只能自发地从高温物体传给低温物体．]方法总结热传导具有方向性，即自然过程具有方向性．虽然热量不能自发地从低温物体传向高温物体，但是有外界的影响和帮助，如在外力做功的情况下就可以实现热量从低温物体传向高温物体．电冰箱就是一例．2．D[本题考查对热力学第二定律的理解，首先，机械能可以通过克服摩擦阻力做功全部转化为内能，故选项A错误；第二类永动机没有违反能量守恒定律，而是违反了热力学第二定律，因而不能制成，故选项B错误；由热力学第二定律的克劳修斯表述可知，C选项错误；由热力学第二定律的开尔文表述可知，可以从单一热源吸收热量全部变成功但必定会引起其他变化，故选项D正确．]3．BD[第一类永动机违背了能量守恒定律，第二类永动机违背了能量转化的方向性，故B、D选项正确．]方法总结虽然第二类永动机不违反能量守恒定律，大量的事实证明，在任何情况下，热机都不可能只有一个热库，热机要不断地把吸取的热量变为有用的功，就不可避免地将一部分热量传给低温热源．所以第二类永动机不可能制成，因为它违背了热力学第二定律．4．AD[凡是与热现象有关的宏观热现象都具有方向性．无论采用任何设备和手段进行能量转化，总是遵循“机械能可全部转化为内能，而内能不能全部转化为机械能”，故A正确．火力发电机发电时，能量转化的过程为内能→机械能→电能，因为内能→机械能的转化过程中会对外放出热量，故燃气的内能必然不能全部变为电能，C错误．热量从低温物体传递到高温物体不能自发进行，必须借助外界的帮助，结果会带来其他影响，这正是热力学第二定律第一种(克氏)表述的主要思想，故D正确．由电流热效应中的焦耳定律可知，电流的能可以全部转化为内能，故B错误．]方法总结热力学第二定律的两种表述是等价的，都说明一切与热现象有关的宏观过程都是不可逆的．其中“自动地”是指热量从高温物体“自动地”传给低温物体的方向性，在传递过程中不会对其他物体引起变化或借助其他物体提供能量等的帮助．5．见解析解析不正确．在引起其他变化的情况下，热量可以从低温物体传到高温物体，例如，电冰箱制冷时，通过压缩机做功，把热量从低温区(冷藏食品处)传递给了高温区(大气)，但消耗了电能，外力对制冷剂做了功，这就是“其他变化”．而热量从高温物体传到低温物体是可自发进行的，可以不带来其他影响．这正是热力学第二定律第一种表述的内涵．方法总结准确理解热力第二定律很重要．根据热力学第二定律的第一种(克氏)表述，要使热传递反过来进行，就要付出其他代价，引起其他变化(如做功等)．6．CD[热力学第二定律的微观意义明确指出：一切自发过程总是沿着分子热运动的无序程度增大的方向进行，所以选项C、D正确．]方法总结正确理解有序和无序及其变化过程的方向是解题的关键．7．见解析解析机械运动是宏观情况下物体在空间位置上的变化，物体运动状态的变化完全遵循牛顿运动定律所反映的因果关系，这是一种有序的运动．热运动是大量分子的无规则运动，系统的一个宏观状态包含着大量的微观状态，这是一种无序的运动．机械运动向热运动的转化，属于从有序向无序的转化，会导致熵的增加，符合热力学的规律，因此机械能可以全部转化为内能．反之，热运动向机械运动的转化，属于从无序向有序的转化，即从高熵向低熵转化，不符合熵增加原理，因此内能不能自发的转化为机械能．方法总结熵是描述系统无序程度的物理量，熵越大，无序程度越高，自然界的一切自发过程，总是朝着从有序向无序的方向转化．8．C[由于气体始终通过汽缸与外界接触，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，气体等温膨胀，所以汽缸内的气体温度不变，内能也不变，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F对活塞做功，此过程不可能发生．]方法总结要正确理解“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”它包含以下三层意思：(1)从单一热源吸收热量，一般来说只有部分转化为机械能，所以第二类永动机是不可能制成的；(2)机械能转化为内能是自然的，可以全部转化；(3)如果引起其他变化，可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功．课后巩固练1．D[由于电阻的存在，电流通过电动机一定发热，电能不能全部转化为机械能，A错误；根据热力学第二定律知，热机不可能将内能全部转化为机械能，B错误；C项说法违背热力学第二定律，因此错误；由于能量耗散，能源的可利用率降低，D正确．]2．B[由热力学第二定律可知，A错误，B正确；由分子间作用力与分子间距的关系可知，C 项错误；温度升高时，物体中分子平均动能增大，但并不是每个分子的动能都增大，即并不是每个分子的运动速率都增大，故D项错误．]3．D[根据热力学第二定律，热量不能自发地由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化．在发生其他变化的前提下，热量可以由低温物体传递到高温物体，例如电冰箱制冷时，压缩机工作，消耗了电能，同时热量由冰箱内的低温物体传递到冰箱外的高温物体，所以A错．外界对物体做功的同时，物体可能放热，物体的内能不一定增加，所以B错．第二类永动机的效率为100%，并不违反能量守恒定律，但它违反了热力学第二定律中热机效率必小于1的表述，因此它不可能制成，所以C错．而D选项中的表述就是热力学第二定律的一种表述形式，所以D 正确．]4．AB[自然界中的任何自然现象或过程都不违反热力学定律，本实验现象也不违反热力学第二定律，A正确；整个过程中能量守恒且热传递有方向性，B正确；在实验过程中，热水中的内能除转化为电能外，还升高金属丝的温度，内能不能全部转化为电能；电能除转化为冷水的内能外，还升高金属丝的温度，电能不能全部转化为冷水的内能，C、D错误．注意与热现象有关的宏观现象的方向性，这是应用热力学第二定律的关键．]5．BC[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，是能量守恒定律的具体表现，适用于所有的热现象，故C正确，D错误；根据热力学第二定律，热量不能自动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.]6．C[不同形式的能量可以相互转化，机械能可以转化为内能，在一定的条件下，内能也能转化为机械能，能量的转化都是通过做功来实现的．]7．D[违背了能量守恒定律，不可行．]8．B[热力学第一定律揭示了内能与其他形式能量之间的转化关系，是能量守恒定律在热学中的具体体现．热力学第二定律则进一步阐明了内能与其他形式能量转化时的方向性，二者表述的角度不同，本质不同，相互补充，并不矛盾，故C、D错误，B项正确；内能在一定条件下可以全部转化为机械能，热量也可以由低温物体传递到高温物体，但是要引起其他变化，如电冰箱制冷机工作还要消耗电能，故A错误．]9．D[热现象的宏观过程都是不可逆的，故A、B错，微观态越多越无序，故选D.]10．C[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，这就是热力学第二定律的微观意义．系统的热力学过程就是大量分子向无序程度大的状态变化的过程．自然过程的方向性可以表述为：在任何自然过程中，一个孤立系统的熵值不会减小，因此热力学第二定律又称为熵增加原理．因此A、B、D说法正确，C说法错误．]11．AD[系统的热力学过程就是大量分子无序运动状态的变化，从微观角度看，热力学第二定律是一个统计规律，所以A对．热力学第二定律的微观意义是“一切自发过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行”，所以B、C均错．D是在引入熵之后对热力学第二定律微观意义的描述，D对．]12．见解析解析根据大量分子运动对系统无序程度的影响，热力学第二定律又有一种表述：由大量分子组成的系统自发变化时，总是向着无序程度增大的方向进行，至少无序程度不会减少．这也就是说，任何一个系统自发变化时，系统的熵要么增加，要么不变，但不会减少．质量相同、温度相同的水，可以由固体自发地向液态、气态转化，所以，气态时的熵最大，其次是液态，固态时的熵最小．13．见解析解析(1)发生自由膨胀，则是不可逆过程．(2)有摩擦发生，也是不可逆过程．(3)有准静态无摩擦的膨胀，则为可逆过程．(4)这是由功变为热，是不可逆过程．(5)此过程中既有“功变热”又有“热传导”，是不可逆过程．(6)液体的扩散是不可逆过程．(7)有一定温度差的热传导是不可逆过程．14．(1)6.0×1024个 (2)5.0×103 Pa (3)见解析解析 (1)N ＝V 1＋V 2V 0N A ＝6.0×1024个 (2)设气体初始温度为t 0，压强为p 0；后来冷藏室与冷冻室中的温度和压强分别为t 1、p 1和t 2、p 2，由于两部分气体分别做等容变化，根据查理定律p 1p 0＝273＋t 1273＋t 0 p 1＝273＋t 1273＋t 0p 0 同理p 2＝273＋t 2273＋t 0p 0 得Δp ＝p 1－p 2＝t 1－t 2273＋t 0p 0 代入数据得Δp ＝5.0×103 Pa(3)不违背热力学第二定律，因为热量不是自发地由低温向高温传递，冰箱工作过程中要消耗电能．。