3.4 热力学第二定律PPT

式转化成为另一种形式．
(×)
(3)热量不可能从低温物体传到高温物体．
(× )
气体的自由膨胀
墨水的扩散
思考：它们的逆过程能自发进行吗？ 自然界中一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性。 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。
四、热力学第二定律 1.克劳修斯表述：（按热传递的方向性来表述）
违背克劳修斯表述一定违背开尔文表述 如果克劳修斯表述不成立，则可制成一个无功致冷机，将它 同另一个热机组成复合机，如图所示，就可使复合机成为一单热 源热机，即开尔文表述也不成立。
四、热力学第二定律
1.克劳修斯表述：热量不能自动地从低温物体传递到高温物体。 2.开尔文表述：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，
热量不能自动地从低温物体传递到高温物体。或者说，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。
说明： （1）两个温度不同的物体接触时，自发的传热方向是从 高温物体传向低温物体。 （2）当有第三者介入时，热量可以从低温物体传向高温 物体，但会引起其他变化。
2.开尔文表述：（按机械能和内能转化的方向性来表述） 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。
思考：随着科学技术进步，第二类永动机能制造成功吗？
不可能制成，因为它违反了机械能与内能转化的方向性。
2思．考思考判判断断
(1)在一定条件下，热量也可以从低温物体传给高温物体．(√ ) (2)第二类永动机不可能制造成功是因为能量既不会凭空产生，
也不会凭空消失，只能从一个物体转移到别的物体，或者从一种形
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，这个系统的熵就越 大．
2．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．
2思．思考考判判断断
例2.第二类永动机不可以制成，是因为（D ）
A. 违背了能量的守恒定律
B．热量总是从高温物体传递到低温物体 C．机械能不能全部转变为内能 D．内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化
【解析】 第二类永动机的设想并不违背能量守恒 定律，但却违背了涉及热现象的能量转化过程是有方 向性的规律，A错；在引起其他变化的情况下，热量 也可由低温物体非自发地传递到高温物体，B错；机 械能可以全部转化为内能，如物体克服摩擦力做功的 过程，C错；但在不引起其他变化的情况下，内能却 不能全部转化成机械能，D对．
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
高温物体。 【解析】A.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A错误；B.火力发电机发电时，能量 转化的过程为内能--机械能--电能，因为内能转化为机械 能的过程中会对外放出热量。故燃气的内能必然不能全部 转化为电能。B正确；C.凡是与热现象有关的宏观热现象都 具有方向性。无论采用何种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C正确；D.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，故D正确。 【答案】BCD
(1)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．
(×)
(2)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．
(√ )
例1.（多选）根据热力学第二定律，下列判断正确的是（BCD） A. 电流的能不可能全部变为内能
3．尝试运用热力学第二定律解决一些 3．对熵概念的理解．(难点)
实际问题.
一、热传导的方向性
想一想
是否可能发生这样的現象:原来 温度相同的水和鸡蛋过一会儿水的 温度自发的降低而鸡蛋温度自发上 升，生蛋变成熟蛋？
热量从高温物体向低温物体的 热传导过程是能自发进行的；而其 相反的过程是不能自发进行的，要 使热量从低温物体传给高温物体， 必须借助外界的作用。
五、热力学第二定律的微观实质 1．做功是与分子群体的___有__序___运动联系在一起的，内 能是和分子的___无_序____运动联系在一起的．机械能转化 为内能的过程，从微观上来说，是大量分子的____有_序___ 运动朝___无__序___运动的方向转换的过程，其相反方向的 过程是大量分子从___无__序___运动朝___有__序___运动方向转
【答案】 D
例3.将一滴红墨水滴入一杯清水中，红墨水会逐渐扩散 到整杯水中，呈均匀分布，试说明这个过程中熵变化。
【解析】 一滴红墨水和一杯清水这两个系统是比较有序的， 也可以说无序程度较小，即熵值较小．当把这两个系统混合后，随 着红墨水扩散的进行，系统内这种宏观状态的无序程度大大增强， 所以系统的熵值大大增加．
【答案】 熵是增加的
换的过程．
2．热传导过程是使物体内部分子的热运动由比较 ___有__序___的状态向___无__序___的状态转化的过程．
3．热力学第二定律的微观实质：与热现象有关的自发的 宏观过程，总是朝着分子热运动状态__无__序__性___增加的方
向进行的．
六、熵 意义：描述物体的无序程度，物体内部分子热运动无序程 度越高，物体的熵就越大．
而不引起其他变化。 3.这两种表述是等价的。
Q1──热机从T1吸热 A ──热机输出功 Q2──致冷机从T2吸热 Q1+Q2──致冷机向T1放热
违背开尔文表述一定违背克劳修斯表述
如果开尔文表述不成立，可制成一个单热源热机，将它同 另一个制冷机组成复合机，如图所示，其总效果相当于一个无 功致冷机，于是克劳修斯表述也就不成立。
热机：是一种把内能转化为机械能的装置。（内燃机）
由能量守恒定律知道 Q1 = W +Q2
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热机的效率
W Q1
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中。
高温热源 Q1 W
热机
Q2
低温热源
对外做功
三、第二类永动机 从单一热源吸热全部用来做功，而不引起其他变化的热机 称为第二类永动机。
第四节 热力学第二定律
学习目标 1．通过自然界中热传导方向性的实
重点难点
例，了解热力学第二定律，并能用热 1．热力学第二定律的两种不
力学第二定律解释第二类永动机不能 同表述，以及两种表述的物理
制造成功的原因．
实质．(重点)
2．能用热力学第二定律解释自然界中 2．第二类永动机及其不能制
的能量转化、转移及方向性问题． 成的原因．(重点)
空气
电冰箱制 冷系统
该过程不是 自发的，有 小三
贮藏的食品
二、机械能和内能转化过程的方向性
想思一想考：会不会有这样的现象:静止的足球、 地面和周围的空气自发地降低温度释放热量， 并将释放出的热量全部做功转化为动能，让 足球又滚动起来呢?
机械能全部转化为内能的过程是可以自发进行的，而相反方 向的过程，即内能全部转化为机械能的过程，是不能自发进行的。 要将内能全部转化为机械能，必然会引起其他影响。
说明：第二类永动机是不可能制成的。
四、热力学第二定律
1.克劳修斯表述：热量不能自动地从低温物体传递到高温物体。 2.开尔文表述：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。 3.这两种表述是等价的。
T2──低温热源 Q2──热量通过假想装置自 动地从T2传向T1 Q1──卡诺热机从T1吸热 A ──卡诺热机对外作功