10.4热力学第二定律
10.456热力学第二定律及其微观解释
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 增大的方向进行。 不可逆过程的本质： 系统从热力学概率小的状态向热力学概率大 的状态进行的过程。 自发过程的规律： 概率小的状态（有序）→概率大的状态（混乱） 热力学第二定律的统计表述： 孤立系统内部所发生的过程总是从微观态 数少的宏观态向微观态数多的宏观态过渡，从热 力学几率小的状态向热力学几率大的状态过渡。
四、熵
1、1877年，玻耳兹曼引入熵，表示系统无序性 的大小 S∝lnΩ ①Ω表示某一宏观态所对应的微观态数目，称为 该宏观态的热力学概率。 ②Ω越大，宏观态出现的概率越大，无序度越大 2、1900年，普朗克引入系数 k —玻耳兹曼常数 S=klnΩ 3、熵增加原理：在任何自然过程中，一个孤立 系统的总熵是不会减少的。 ①孤立系统熵增加过程是系统热力学概率增大的 过程（即无序度增大的过程），是系统从非平衡 态趋于平衡态的过程，是一个不可逆过程。
10.4 热力学第二定律
教学目标
1.了解热传递过程的方向性。 2.知道热力学第二定律的两种不同的表 述，以及这两种表述的物理实质。 3.知道什么是第二类永动机，为什么第 二类永动机不可能制成。
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？
2、下面关于熵的说法错误的是（ B ） A．熵是物体内分子运动无序程度的量度
B．在孤立系统中，一个自发的过程总是 行
向熵减少的方向进
C．热力学第二定律的微观实质是熵是增 加的，因此热力学第 二定律又叫熵增加原理 D．机械能转化为内能的过程是系统的熵增加的过程
3、从微观角度看（ ） ABE A．热力学第二定律是一个统计规律 B．一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展
高中物理 10.4热力学第二定律的微观解释
高中物理| 10.4热力学第二定律的微观解释热力学第二定律的本质自然界一切与热现象有关的宏观过程都是不可逆的。
1.有序和无序有序：只要确定了某种规则，符合这个规则的就叫做有序。
无序：不符合某种确定规则的称为无序。
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.宏观态和微观态宏观态：符合某种规定、规则的状态，叫做热力学系统的宏观态。
微观态：在宏观状态下，符合另外的规定、规则的状态叫做这个宏观态的微观态。
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.热力学第二定律的统计意义对于一个热力学系统，如果处于非平衡态，我们认为它处于有序的状态，如果处于平衡态，我们认为它处于无序的状态。
在热力学中，序：区分度。
热力学第二定律的微观意义：一切自然过程总是沿着无序性增大的方向进行。
下面从统计观点探讨过程的不可逆性微观意义，并由此深入认识第二定律的本质。
不可逆过程的统计性质——以气体自由膨胀为例一个被隔板分为A、B相等两部分的容器，装有4个涂以不同颜色的气体分子。
开始时，4个分子都在A部，抽出隔板后分子将向B部扩散并在整个容器内无规则运动。
隔板抽出后，4个气体分子在容器中可能的分布情形1023/mol，这些分子全部退回到A部的几率为。
此数值极小，意味着此事件永远不会发生。
一般来说，若有N个分子，则共有2N 种可能方式，而N个分子全部退回到A部的几率1/2N.对于真实理想气体系统N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的方向进行。
不可逆过程的本质系统从热力学概率小的状态向热力学概率大的状态进行的过程。
自发过程的规律：概率小的状态（有序）→概率大的状态（混乱）统计物理基本假定—等几率原理：对于孤立系，各种微观态出现的可能性（或几率）是相等的。
热力学第二定律-PPT课件
答案 C
18
典例精析 二、热力学第一定律和热力学第二定律
返回
【例3】 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
答案 B
15
典例精析 一、热力学第二定律的基本考查 返回
【例2】 如图1中汽缸内盛有一定质量的理想气体，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 通过活塞对外做功．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( )
的是( D )
A．随着低温技术的发展，我们可以使温度逐渐降低，并最终达 到绝对零度
B．热量是不可能从低温物体传递给高温物体的 C．第二类永动机遵从能量守恒定律，故能制成 D．用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做功2.0×105 J，同时空
气向外界放出热量1.5×105 J，则空气的内能增加了0.5×105 J
解析 由于汽缸壁是导热的，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，所 以汽缸内的气体温度也不变，要保持其内能不变，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，如果没有外力对活塞做功，此过程不可 能发生．
程都具有
，都是不可逆的．
方向性
7
一、热力学第二定律 返回 延伸思考
热传导的方向性能否简单理解为“热量不会从低温物体传给高温物 体”？ 答案 不能．
热力学第二定律,微观解释
结论：内能不能全部转化为机械能，机械能可以全 部转化为内能
2、开尔文表述： 内能和机械能转化的方向性
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
3、第二类永动机：从单一热源吸收热量，使之 用来全部用来做功，而不硬气其他变化的热机
第二类永动机不能制成：违背热力学第二定律， 不违背能量守恒定律
热量不能自发地从低温物体传给高温物体。
热量可以从低温物体传给高温 物体吗？
电冰箱通电： 热量从低温物体传给高温物体 电冰箱断电： 热量从低温物体传温物体
高温热库
Q1 制冷机 Q2
w
低温热库
Q2 W Q1
能量守恒
高温热库
Q1 热机 Q2
热机效率：
w
W ≤100% Q1
低温热库
Q1 Q2 W
第一类永动机不能制成：违背能量守恒定律
练一练
4、能量耗散
人类没办法把流散掉的内能重新收集起来加 以利用的现象 能量耗散：能量数量不少，能量品质下降
热力学第一定律
热力学第二定律
热力学第二定律的微观解释
1.有序和无序
2.宏观态和微观态
宏观态：符合某种规定、规则的状态，叫做热力学系 统的宏观态。 微观态：在宏观状态下，符合另外的规定、规则的状 态叫做这个宏观态的微观态。
10.4热力学第二定律
10.5热力学第二定律的微观解释
热力学第二定律 一、结论：
1、一切涉及热现象的宏观自然过程都具有 方向性或都不可逆的 2、虽然一切宏观自然过程都满足能量守恒， 但不是符合能量守恒的过程都能真的发生 二、热力学第二定律
1、意义：反映宏观自然过程方向性的定律
2、克劳修斯表述： 热传导的方向性
2012高二物理课件 10.4 热力学第二定律 (人教版选修3-3)
【方法技巧】热力学第二定律的解题关键 (1)解决有关热力学第二定律问题的关键是熟记两种表述，并 理解两种表述的等效性. (2)抓住热力学第二定律的实质是自然界中所有涉及热现象的 宏观过程都具有方向性.
(3)热量可以从高温物体传到低温物体，也可以从低温物体传
到高温物体，只不过前者能自发地进行，后者必须借助外界 的帮助. (4)机械能可以全部转化为内能，而内能要全部转化为机械能 的话，势必会引起其他变化.
B.热力学第二定律是通过大量自然现象的不可逆性总结出来 的经验定律 C.热力学第二定律是物理学家从理论推导得出来的结果 D.由于热力学第二定律没有理论和实验的依据，因此没有实 际意义
【解析】选B.热力学第二定律是物理学家通过对大量自然现 象的分析，又总结了生产和生活经验得到的结论，是一个经 验定律，它并不能通过理论和实验来证明，但它符合客观事
B.内能可以完全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
【解析】选B.热力学第一定律和热力学第二定律并不矛盾，
对于机械能和内能的转化所具有的方向性也是存在的，故B正
【解析】示意图如图所示.
一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性. 答案：见解析
程既不违背热力学第一定律的能量守恒，又符合热力学第二 定律的方向性.因此题中指标没有错误. 答案:见标准解答
一、选择题 1.(2010·烟台高二检测)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( A.都具有方向性 B.只是部分具有方向性 C.没有方向性 D.无法确定是否具有方向性 )
热力学第二定律具体内容
热力学第二定律具体内容：热力学第二定律是热力学定律之一,是指热永远都只能由热处转到冷处.热力学第二定律是描述热量的传递方向的分子有规则运动的机械能可以完全转化为分子无规则运动的热能；热能却不能完全转化为机械能.此定律的一种常用的表达方式是,每一个自发的物理或化学过程总是向著熵（entropy）增高的方向发展.熵是一种不能转化为功的热能.熵的改变量等于热量的改变量除以绝对温度.高、低温度各自集中时,熵值很低；温度均匀扩散时,熵值增高.物体有秩序时,熵值低；物体无序时,熵值便增高.现在整个宇宙正在由有序趋于无序,由有规则趋于无规则,宇宙间熵的总量在增加.克劳修斯表述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.开尔文表述不可能从单一热源吸取热量,使之完全变为有用功而不产生其他影响.开尔文表述还可以表述成：第二类永动机不可能造成.若要简捷热能不能完全转化为机械能,只能从高温物体传到低温物体。
热力学第二定律
§ 10.4热力学第二定律【学习目标】：1.了解热传导过程的方向性。
2.了解热力学第二定律的两种不同表述，以及这两种表述的物理实质。
3.了解什么是第二类永动机，理解第二类永动机不可能制成诱思导学一、阅读P57思考与讨论，思考并讨论是不是所有符合能量守恒定律的宏观过程都能自发的发生？（能，不能）。
无数事实告诉我们，凡是实际过程中涉及到热现象，如、、、，都有特定的___。
二、热传递的方向性1.热传导的过程可以自发地由_物体向物体进行，但相反方向却不能自发地进行，即热传导具有，是一个不可逆过程。
热量Q能自发传给低温物体高温物体热量Q不能自发传给说明：①“自发地”过程就是在不受外来干扰的条件下进行的自然过程。
②热量可以自发地从高温物体传向低温物体，热量却不能自发地从低温物体传向高温物体。
③要将热量从低温物体传向高温物体，必须有“外界的影响或帮助”，就是要由外界对其做功才能完成。
电冰箱、空调就是例子。
2.热力学第二定律的第一种表述①.克劳修斯表述：三、.热机1．热机是把内能转化为机械能的装置。
其原理是热机从热源吸收热量Q1，推动活塞做功W，然后向冷凝器释放热量Q2。
由能量守恒定律可得：Q1=W+Q2我们把热机做的功和它从热源吸收的热量的比值叫做热机效率，用η表示，即η=W QW<Q 即：η< 100%2．热力学第二定律的第二种表述开尔文表述：四、第二类永动机①.设想：只从单一热源吸收热量，使之完全变为有用的功而不引起其他变化的热机。
②.第二类永动机不可能制成，表示尽管机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化成机械能而不引起其他变化；机械能和内能的转化过程具有方向性。
例题：一种冷暖两用型空调，铭牌标注：输入功率1kW，制冷能力1.2×104kJ/h，制热能力1.3×104kJ/h。
这样，该空调在制热时，每消耗1J电能，将放出3J多热量。
是指标错误还是能量不守恒？解析：都不是。
热力学第二定律 课件
拓展二 热力学第一、第二定律的比较及两类永动机 的比较
1．一个放在水平地面上的物体，靠降低温度，能不 能把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来？
提示：不可能，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．
2．什么是第二类永动机？为什么第二类永动机不可 能造成？
提示：能够从单一热源吸收热量并把它全部用来做 功，而不引起其他变化的热机称为第二类永动机．第二类 永动机不可能制成的原因是因为机械能和内能转化过程 具有方向性，尽管机械能可以全部转化为内能，但内能却 不能全部转化为机械能，而不引起其他变化．
提示：不会降低室内的平均温度．若将一台正在工作 的电冰箱的门打开，尽管可以不断向室内释放冷气，但同 时冰箱的箱体向室内散热，就整个房间来说，由于外界通 过导线不断有能量输入，室内的温度会不断升高．
1．在热力学第二定律的表述中，“自发地”“不产 生其他影响”“单一热库”“不可能”的含义．
(1)“自发地”是指热量从高温物体“自发地”传给 低温物体的方向性．在传递过程中不会对其他物体产生 影响或借助其他物体提供能量等．
答案：B
热力学第二定律
知识点一 热力学第二定律的第一种表述
提炼知识 1．热力学第二定律： (1) 一 切 与 热 现 象 有 关 的 宏 观 自 然 过 程 都 是 不 可 逆 的．如物体间的传热，气体的膨胀、扩散……都有特定 的方向性． (2)反映宏观自然过程方向性的定律就是热力学第二 定律．
2．热力学第二定律的第一种表述，克劳修斯表述： 热量不能自发地从低温物体传到高温物体．
(2)“不产生其他影响”的含义是发生的热力学宏观 过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面 的影响．如吸热、放热、做功等．
热力学第二定律 课件
4．第二类永动机 (1)定义：只从单一热库吸收热量，使之完全变为功 而不引起其他变化的热机。 (2)第二类永动机不可能制成的原因：虽然第二类永
动机不违反能量守恒定律 ，但大量的事实证明，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 传给低温热库。
(3)“单一热库”：指温度均匀并且恒定不变的系统。若一 系统各部分温度不相同或者温度不稳定，则构成机器的工作物 质可以在不同温度的两部分之间工作，从而可以对外做功。据 报道，有些国家已在研究利用海水上下温度不同来发电。
(4)“不可能”：实际上热机或制冷机系统循环终了时，除 了从单一热库吸收热量对外做功，以及热量从低温热库传到高 温热库以外，过程所产生的其他一切影响，不论用任何的办法 都不可能加以消除。
3．机械能和内能的转化过程具有方向性：物体在水平面上运 动，因摩擦而逐渐停止下来，但绝不可能出现物体吸收原来传递 出去的 热量 后，在地面上重新运动起来。
4．气体向真空膨胀具有方向性：气体可自发地向真空容器膨 胀，但绝不可能出现气体 自发地 从容器中流出，容器变为真空。
5．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。 6．热力学第二定律：反映宏观自然过程的 方向性 的定律。
热力学第二定律与热力学第一定律比较
1．两个定律比较：①热力学第一定律是能量守恒定律 在热力学中的具体表现形式，在转化的过程中，总的能量 保持不变。②热力学第二定律是指在有限的时间和空间内， 一切和热现象有关的宏观自然过程具有不可逆性。
2．两类永动机的比较
第一类永动机
第二类永动机
不消耗任何能量，可 将内能全部转化为机械能， 设计 以不断做功(或只给予 而不引起其他变化(或只有 要求 很小的能量启动后， 一个热源，实现内能与机
专题10.4 热力学第二定律
第十章热力学定律第4节热力学第二定律对热力学第二定律的理解1．在热力学第二定律的表述中，“自发地”、“不产生其他影响”的涵义。
（1）“自发地”指明了热传递等热力学宏观现象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助。
（2）“不产生其他影响”的涵义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响。
如吸热、放热、做功等。
学-科网2．热力学第二定律的实质热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，进而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。
特别提醒：热量不可能从低温物体传到高温物体，但在有外界影响的条件下，热量可以从低温物体传到高温物体，如电冰箱；在引起其他变化的条件下内能可以全部转化为机械能，如气体的等温膨胀过程。
3．两类永动机的比较第一类永动机第二类永动机不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器从吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响的机器违背，不可能制成不违背能量守恒定律，但违背热力学第二定律，不可能制成热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，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。
5．热力学第二定律的其他描述：（1）一切宏观自然过程的进行都具有。
（2）气体向真空的自由膨胀是。
（3）第二类永动机是不可能制成的。
特别说明理解热力学第二定律的方法：（1）理解热力学第二定律的实质，即自然界中进行的所有涉及热现象的宏观过程都具有方向性。
理解的关键在于“自发”和“不引起其他变化”。
（2）还要正确理解哪些过程不会达到100%的转化而不产生其他影响。
方向性自发地能量守恒定律单一热源方向性不可逆的1．热力学第一定律与热力学第二定律的比较区别联系热力学第一定律热力学第二定律区别热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的表现，否定了产生能量和消灭能量的可能性，从而否定了第一类永动机热力学第二定律是关于在有限空间和时间内，一切和热现象有关的物理过程、化学过程具有不可逆性的经验总结，从而否定了第二类永动机联系两定律都是热力学基本定律，分别从不同角度揭示了与热现象有关的物理过程所遵循的规律，二者相互独立，又相互补充，都是热力学的理论基础比较第一类永动机第二类永动机设计要求不消耗任何能量，可以不断做功（或只给予很小的能量启动后，可以永远运动下去）将内能全部转化为机械能，而不引起其他变化（或只有一个热源，实现内能与机械能的转化）不可能的原因违背了能量守恒定律违背了热力学第二定律构成热力学知识的理论基础，前者对自然过程没有任何限制，只指出在任何热力学过程中能量不会有任何增加或损失，反映的是物体内能的变化与热量、做功的定量关系；后者则是解决哪些过程可以自发地发生，哪些过程必须借助于外界条件才能进行。
10.4 热力学第二定律
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?
大气
电冰箱制 冷系统
因为电冰箱消耗了 电能，对制冷系统做了 功，一旦切断电源，电 冰箱就不能把其内部的 热量传给外界的空气 了．相反，外界的热量 会自发地传给电冰箱，
贮藏的 食品
以上这些自然现象的“逆过程”能发生吗？
自然过程的方向性：
结论1:热量自发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: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。 结论4:气体膨胀(绝热自由膨胀)的过程是不可逆的。 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性。这些过程自发地朝某个 方向进行，而相反的过程，即使不违背能量守恒定律， 我们也从未见到它们会自发地进行。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。
这种机器就是热机，其工作原理如图甲， T1为高温热库，T2为低温热库，W为外界所做 的功，Q2为向低温热库散发的热量，Q1为向 高温热库吸收的热量。 如果Q2→0，该机器在 一个循环动作恢复原状后，外界也没有变化， 唯一的结果就是把热量Q1从单一热库全部转变 为功，如图乙。
根据热力学第二定律分析，下列说法中正确的是：
解析：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，是能的转化和守恒定律的 D 错误；再根据热力学第二定律，热量不能自
具体表现，适用于所有的热学过程，故 C 正确，
发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.
人教版高中物理10.4《热力学第二定律》教案(新人教版选修3-3)(2篇)
10.4 热力学第二定律【教学目的】1、了解某些热学过程的方向性2、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3、了解热力学第二定律的两种表述，理解热力学第二定律的物理实质4、知道什么是能量耗散5、知道什么是热力学第三定律【教学重点】1、热力学第二定律的实质，定律的两种不同表述2、知道什么是第二类永动机，以及它不能制成的原因【教学难点】热力学第二定律的物理实质【教具】扩散装置【教学过程】○、引入学生答问：1、热力学第一定律的形式若何，符号法则怎样？2、什么是第一类永动机？热力学第一定律和能量守恒定律具有相同的实质，表征的是能量转移或转化过程中总量不变。
既然能量只是在不停地转移或转化，而不会消失，我们为什么还在面临能源危机，还在不停地呼吁节约能源呢？我们今天来探讨一下这个问题——一、某些热学过程的方向性人们认识问题，总是先有素材，再有思索，然后才有理论的总结与上升。
我们先看这样的事实：根据初中学过的物理常识，我们知道热传导会在两个有温差的物体间产生，会自发的从高温物体传至低温物体，那么，热传导会不会从低温物体传至高温物体呢？不会。
我们把这种现象称之为——热传导的方向性在看另一个事实：表述教材P85图11-12的物理情形…（人们也做过理论上的预测：扩散既然是分子无规则运动引起，那么，原来A容器中的气体分子恰好全部回到A容器是可能的，只是这种几率非常非常小，以至于在现实中还从来没有发生过）这说明——扩散现象有方向性事实三：有初速度的物体，在水平面上运动，总要停下来，因为摩擦生热，机械能转化成了内能；但是，由于内能的增量一部分转移到物体和地面，另一部分转移到了空中（通常称之为耗散），我们要把这部分内能收集起来，然后通过某种机器或装置让它转化成物体重新运动的机械能，这可能吗？答案必然是否定的。
甚至人们还尝试过，即便能够把这部分内能完全收集（不散失），要使它完全转化成机械能，也是绝对不可能的。
所以，我们说，涉及到热现象的——能量转化有方向性怎样表征这种热学过程的方向性呢？——二、热力学第二定律在介绍热力学第二定律之前，先介绍相关概念——热机：将内能转化成机械能的装置。
【高中物理】第四课 热力学第二定律(课件) 高二物理课堂(人教版2019选择性必修第三册)
Q1──热机从T1吸热
A ──热机输出功
Q2──热机从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.
开尔文表述实质说明功变热过程的不可逆性，克劳修斯表述则说明
热传导过程的不可逆性，两种表述是等价的,可用反证法证明.
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
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
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.
气
体
扩
散
具
有
方
向
性
思考 会不会有这样的现象：
均匀混合的空气与溴气过一段时间会自发地变的界线分明 ？
一、热力学第二定律的一种表述
热力学第二定律的克劳修斯表述：
R.Clausius(1822-1888)
(2)能量耗散：系统的内能流散到周围环境中，没有办法把这些内能收集起来
加以利用的现象．
2．品质降低:
能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式叫品质降低，也叫能量降退．
虽然能量不会减少，但能源越来越少.因此会出现“能源危机”.
三、能源是有限的
3.“能源危机”的应对方法
课时10.4 热力学第二定律(基础练)--2020-2021学年高二物理十分钟(原卷版)
第十章热力学定律第4课时热力学第二定律一、多选题1．下列说法正确的是（）A．一个热力学系统吸收了热量，其内能不一定增加B．绝热情况下，外界对物体做了正功，物体的内能也不一定增加C．根据热力学第二定律可知，热机的效率不可能达到100%D．第二类永动机是不可能制造出来的，因为它不仅违反热力学第一定律，也违反热力学第二定律2．下列说法正确的是（）A．布朗运动就是分子的无规则运动B．热力学温度是国际单位制中7个基本物理量之一C．热量能够自发地从高温物体传到低温物体，但不能自发地从低温物体传到高温物体D．做功和热传递都是通过能量转化的方式改变系统内能的3．下列关于热力学第二定律的说法正确的是（）A．所有符合能量守恒定律的宏观过程都能真的发生B．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的C．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而不带来其他影响D．气体向真空的自由膨胀是可逆的4．下列说法正确的是__________。
A．两张纸潮湿后很难分开说明分子间存在引力B．只要知道水的摩尔质量和水分子的质量，就可以计算阿伏伽德罗常数C．物体内热运动速率大的分子数占总分子数比例与温度有关D．多晶体内部沿不同方向的等长线段上微粒的个数通常是不相等的E.根据热力学第二定律可知，低温物体不能传递热量给高温物体5．以下说法正确的是（）A．扩散现象和布朗运动可证明分子在做永不停息的无规则运动B．当人们感到潮湿时，空气的相对湿度一定较大C．第二类永动机是不可能制成的，因为它违反了能量守恒定律D．液晶既有液体的流动性，又具有单晶体的各向异性E.从微观角度看，气体压强的大小跟两个因素有关：一个是气体分子的最大速率，一个是分子的数目6．关于热现象和热学规律，下列说法正确的是（）A．布朗运动表明，构成悬浮微粒的分子在做无规则运动B．两个分子的间距从极近逐渐增大到10r0的过程中，分子间的引力和斥力都在减小C．热量可以从低温物体传递到高温物体D．物体的摄氏温度变化了1，其热力学温度变化了273KE.两个分子的间距从极近逐渐增大到10r0的过程中，它们的分子势能先减小后增大二、填空题7．热量总是自发地从高温物体传递给低温物体，这说明热传递过程具有___________；冰箱工作时，能把冰箱内的热量传递到冰箱外，这___________（填“违反“或“不违反“）热力学第二定律。
热力学第一、二定律
问题：如果没有漏气、没有摩擦，也没有机体热量的损失，这样 的热机的效率是不是100%？
不是
高温 热库
低温 热库
3.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。该表述阐述了机械能与内能转化的方向性，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。
1.一切宏观自然过程的进行都具有方向性。 2.气体向真空的自由膨胀是不可逆的。
专题：理Байду номын сангаас气体状态方程与热力学第一定律综合问题
一气缸密封了一定质量的理想气体。已知气缸的横截面积为S，活 塞的质量为m，活塞到气缸底部的距离为 3h，大气压强为p0，气体 的热力学温度为T，重力加速度为g。现给气体加热，使活塞缓慢上 升h，求： ①气体此时的热力学温度； ②若此过程中气体吸收的热量为Q，气体内能的增加是多少？
h
3h
一定质量的理想气体在等压变化过程中，外界对
气体做的功： W PΔV
三、热力学第二定律的另一种表述（开尔文表述）
1.热机：利用内能作用的机械。如汽油机、柴油机、蒸汽轮机、 喷气发动机等。热机工作用两个阶段，第一个阶段是燃烧燃料， 把燃料中的化学能变成工作物质的内能，第二个阶段是工作物质 对外做功，把自己的内能变成机械能。
2.热机的效率η：热机输出的机械功与燃料生成的热量的比值，公 式为 W 。热机的效率不可能达到100%。
10.4热力学第二定律
一、热力学第二定律
1.一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。如物体间的 传热、气体的膨胀、扩散、有摩擦的机械运动等，都有特定的方 向性。
2.反映宏观自然过程的定律就是热力学第二定律。
二、热力学第二定律的一种表述（克劳修斯表述）
【高二】热力学第二定律
【高二】热力学第二定律学习内容10.4热力学第二定律学习目标1.了解自然界热引导的方向。
2．初步了解热力学第二定律，并能用热力学第二定律解释第二类永动机不能制造成功的原因。
3.能够运用热力学第二定律解释自然界中的能量转换、转移和方向性。
学习重、难点热力学第二定律及其在解释一些实际问题中的应用。
学法指导自主、合作、探索、师生讨论知识链接1.热力学第一定律的内容：。
2．机械能能否全部转化为内能，那么内能能否全部转化为机械能？举例说明学习过程用案人自我创新[自主学习]1．阅读p56“思考与讨论”提出的问题，体会“热传导的方向性”。
说说你对“一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的”这名话的理解。
2.热机是一种将内能转化为机械能的装置。
热机由热量、工质和冷凝器组成。
其工作原理是：热机从热量中吸收热量Q1，推动活塞做功W，然后将热量Q2释放到冷凝器。
根据能量守恒定律，三者之间的关系是：，我们把热机做的功w和它从热吸收的热量q1的比值叫做热机的效率，用表示，即。
思考：热机的效率能达到100%，为什么？。
3.II型永动机：。
一种仅从单一热量中吸收热量并将其完全转化为有用功并引起其他变化的热机。
据你所知，有可能研制出第二种永动机吗？告诉我你的理由。
4．热力学第二定律（1）两种表达方式：①（这是按照热传导的方向性描述的）。
②（这是按照机械能与热能转化过程的方向性描述的）。
解释：（1）热力学第二定律的两种表述看上去似乎没有什么联系，然而实际上它们是等效的。
（2）热力学第二定律的实质是揭示了涉及大量分子的宏观过程的方向性，使人们认识到涉及自然界热现象的宏观过程具有方向性。
（3）热力学第一定律和第二定律的区别：。
[例题与习题][示例1]以下哪个过程是定向的（）a热传导过程b、从机械能到内能的转换过程c．气体的扩散过程d、气体膨胀成真空[例2]根据热力学第二定律，下列说法中正确的是（）a、不可能从一次加热中吸收热量，并在不引起其他变化的情况下全部用于工作b．没有冷凝器，只有单一的热，能将从单一热吸收的热量全部用做或，而不引起其它变化的热机是可能实现的c、制冷系统将冰箱中的热量转移到外部温度较高的空气中，而不会引起其他变化d．不可能使热量由低温物体传递到高温物体而不引起其它变化【练习1】根据热力学第二定律，下列陈述中正确的一条是（）a．热机中燃气的内能不可能全部转化成机械能b、不可能把电流的全部能量转换成内能c．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变成电能d、在热传导中，热量不能自发地从低温物体传递到高温物体。
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6．下列关于热机的说法中，正确的是（ AD ） A.热机是把内能转化为机械能的装置 B.热机是把机械能转化为内能的装置 C.只要对内燃机不断进行革新，它可以把气体 的内能全部转化为机械能 D.即使没有漏气、也没有摩擦等能量损失，内 燃机也不能把内能全部转化为机械能
量子理论预示，真空中蕴藏着巨大的本底能量， 它在绝 对零度条件下仍然存在， 称为真空零点能。
永动机的研究不难发现，要保证能量的守恒就必须 保证其内部能量的能量不对外发散，可我们知道任 何一种物质都会通过做功产生热量，而这种热量的 传递是无法避免的，但这不意味着永动机不存在。 在我们生活的世界里，这个世界是能量守恒的，那 么既然能量是守恒的，就必须保证这个世界的能量 不向另一个世界传递才是，所以可以肯定我所生活 的这个世界其实就是一个“永动机”。为什么人类 不能创造出永动机呢？因为永动机是要保持内部能 量守恒的，也就是内部的能量是一定的，可是我们 制造永动机是为了人类生活提供服务的，如果它为 人类生活提供能量的，那这里的能量只能从它的内 部提供，它向外界提供了能量，自己本身内部的能 量就改变了，所以能量就不守恒了，它就不是真正 意义上的“永动”了。也许永动机在未来研究出来 后并不会对现实意义上有多大帮助，但是对于整个 世界的起源来说就意义重大了。
1.下列哪些物理过程具有方向性（ ） ABCD A. 热传导过程 B．机械能和内能的转化过程 C．气体的扩散过程 D．气体向真空中膨胀的过程。
3．下列说法中正确的是（ C ） A.热量可以自发地从低温物体传给高温物体 B.内能不能转化为动能 C.摩擦生热是动能向内能的转化 D.热机的效率最多可以达到100％
第十章
热力学定律
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热力学第二定律
1、完成57页“思考与讨论”。 2、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？ 3、热传导的过程是有方向性的？以前学 过的物理现象中哪些现象也是有方向性的 ？ 4、热机是怎样的机器？ 5、第二类永动机为什么不成功？
气缸中的气体得到燃 料燃烧时产生的热量 Q1 推动活塞做功W 排出废气，同时把热 量Q2散发到大气中。 Q1=W+Q2 热机效率η=W/Q1
了解
第三类 脱离力学知识，脱离地球引力，在真空中运行。 第四类 2012年中国首次出现第四类永动机论调，提出熵的概 念拓展与微观离散不可能达到熵最大等问题，有人认为 这是个很好的想法，但其正确性还有更待深入研究。 第五类 正反物质泯灭产生的能量，可以提供无限的动力 第六类 真空零点能蕴含无限能量，在未来或许能有相应发明 第七类 ？？？？
4、下列说法正确的是（ CD ） A．第二类永动机与第一类永动机一样违背了 能量守恒定律 B．自然界中的能量是守恒的，所以能量永不 枯竭，不必节约能源 C．自然界中有的能量便于利用，有的不便于 利用 D．不可能让热量由低温物体传递给高温物体 而不引起其它任何变化
5．下列说法中，正确的是（C ） A.一切形式的能量间的相互转化都具有方 向性 B.热量不可能由低温物体传给高温物体 C.气体的扩散过程具有方向性 D.一切形式的能量间的相互转化都不具有 方向性