第十章 热力学定律 知识整理
高中物理第十章热力学定律本章概览素材新人教版选修3-3(new)
第十章热力学定律本章概览本章首先讲述了研究热现象的宏观理论,通过学习应明确：本章研究热现象的出发点和方法与分子动理论有所不同,在研究中不考虑物质的微观结构和过程，以观察和实验为依据，用能量的观点分析研究宏观物体热现象，能量传递和转化的关系及条件。
其次讲述了研究热现象的宏观理论的基础知识,包括热力学第一定律和第二定律。
要深刻理解能量传递和转化的数量关系,了解热现象中能量传递和转化的方向性，了解能源和环境与人生存的关系,认识能源的开发利用和可持续发展的意义.尊敬的读者：本文由我和我的同事在百忙中收集整编出来，本文档在发布之前我们对内容进行仔细校对，但是难免会有不尽如人意之处，如有疏漏之处请指正，希望本文能为您解开疑惑,引发思考。
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高中物理第十章热力学定律4热力学第二定律课件新人教版选修33
(2)第二类永动机：只有单一热源，从单一热源吸收 热量，可以全部用来做功的热机叫第二类永动机，它不 违背能量守恒定律，但违背热力学第二定律，所以不能 实现．
2．热力学第二定律的第二种表述，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．
判断正误
1．在有些情况下热机的效率可以达到 100%.(×) 2．第二类永动机不可能做成的原因，违反了能量守 恒定律．(×)
解析：能量转移和转化的过程都是具有方向性的，A 对．第二类永动机不违背能量守恒定律，但是不能实现， B 错．在热传递的过程中，能量可以自发地从高温物体传 到低温物体，但其逆过程不可能自发地进行，C 对、D 错．
答案：AC
知识点二 热力学第二定律的第二种表述
提炼知识 1．热机． (1)热机的效率 η：热机输出的机械功与燃料产生的热 量的比值，用公式表示为 η＝WQ 热机的效率不可能达到 100%．
(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．
(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．
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，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． 3．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方向性． (2)气体向真空的自由膨胀是不可逆的． (3)第二类永动机是不可能制成的．
最新人教版高中物理选修3-3第十章《热力学定律》本概览
第十章 热力学定律
本章概览
三维目标
认识热力学定律的基本观点，了解焦耳实验的原理.
知道什么是内能以及物体内能跟温度和体积有关，内能的变化可以分别由功和热量来量度.
知道内能改变的两种方式，做功和热传递，它们改变物体的内能是等效的.使学生学会用一分为二的观点分析问题.
知道热力学第一定律，能量守恒定律的内容，了解永动机为什么不能制成的原因；会用ΔU=W ＋Q 分析和解决问题.
理解热力学第二定律的两种表述以及热力学第二定律的微观解释；培养人类必须遵循自然界规律的思想.
了解什么是能源，什么是常规能源，能源与人类需求的矛盾；养成热爱自然、节约能源的习惯和意识.提高学生的科学观念和社会责任感.
知识网络
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能量定恒定律符号规则表达式内容热力学第一定律恒定律热力学第一定律能量守热和内能热传递热和内能内能焦耳实验功和内能热力学定律,:U Q W。
人教版高中物理选修3-3课件第10章第3节热力学第一定律能量守恒定律
A．尾气的温度越低，柴油机越节能
B．尾气的温度越高，柴油机越节能
C．尾气的温度高低与柴油机是否节能无关
D．以上说法均不正确
A
解析：高温高压的燃气推动活塞向下运动，对活塞做功，燃气的内能大部分转化为活塞的机械能， 在做功的过程中，内能转化为活塞的机械能越多，尾气的温度越低，柴油机越节能，故A正确，BCD错误。
『想一想』 有一种所谓“全自动”机械手表，既不需要上发条，也不用任何电源，却能不停地走下去。这是不 是一种永动机？如果不是，你知道维持表针走动的能量是从哪儿来的吗？
答案：不是永动机，手表戴在手上，手运动的能量一部分转化为手表的能量(动能)。
课内互动探究
探究 一
对热力学第一定律的理解
思考讨论 1
C．转动的叶片不断搅动热水，水温升高 D．叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量
解析：形状记忆合金进入水后受热形状发生改变而搅动热水，由能量守恒知能量来源于热水，故A、 B、C错；由能量守恒知，叶片吸收的能量一部分转化成叶片的动能，一部分释放于空气中，故D对。
归纳总结
1．能量的存在形式及相互转化
各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有诸如电磁能、化学能、 原子能等。
各种形式的能，通过做功可以相互转化，例如：利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧， 化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能
Hale Waihona Puke 2．守恒条件与某种运动形式对应的能是否守恒是有条件的，例如，物体的机械能守恒，必须是只有重力做功； 而能量守恒定律是没有条件的，它是一切自然界现象都遵守的基本规律。
(3)具有重大实践意义，即彻底粉碎了永动机的幻想。
高中物理 第十章 热力学定律 4 热力学第二定律教材梳理素材 新人教版选修3-3
4 热力学第二定律庖丁巧解牛知识·巧学一、热力学第二定律1.在物理学中，反应宏观自然过程的方向性的定律，就是热力学第二定律.2.一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的.3.只要涉及热现象，这些实际过程可自然地朝某个方向进行.二、热力学第二定律的一种表述1.内容：热量不能自发地从低温物体传到高温物体.2.热传递的方向性两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传向低温物体，结果使高温物体的温度降低，低温物体的温度升高.说明：（1）“自发”过程就是不受外来干扰进行的自然过程.（2）热量可以自发地从高温物体传向低温物体，但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”，就是要有外界对其做功才能完成.电冰箱就是一例.（4）在整个自然界中，无论有生命或无生命的，所有的宏观自发过程都具有单向性，都有一定的方向性，都是一种不可逆过程.如河水向下流，重物向下落，山岳被侵蚀，房屋衰朽倒塌，人的一生从婴儿到老年到死亡等.三、热力学第二定律的另一种表述1.内容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.2.热机（1）定义一种把内能转化为机械能的装置.（2）原理热机从热源吸收热量Q 1，推动活塞做功W ，然后向冷凝器释放热量Q 2.（3）效率由能量守恒定律Q 1=W+Q 2，我们把热机做的功W 和它从热源吸收的热量Q 1的比值叫做热机效率，用η表示，即η=1Q W . 深化升华 ①热机必须有热源和冷凝器.②热机不能把它得到的全部内能转化为机械能.③因热机工作时，总要向冷凝器散热，不可避免地要释放一部分热量Q 2，所以总有Q 1＞W.④热机的效率不可能达到100%，即使是理想热机，没有摩擦，也没有漏气等能量损失，它也不可能把吸收的能量百分之百地转化成机械能，总要有一部分热量散发到冷凝器中.3.机械能与内能转化的方向性通过做功，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.4.两种表述是等效的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，即由其中一个，可以推导出另一个.深化升华热力学第二定律的每一种表述，提示了大量分子参与的宏观过程的方向性，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.辨析比较热力学第二定律与热力学第一定律的关系热力学第一定律中，摩擦力做功可以全部转化为热.热力学第二定律却说明这一热量不可能在不引起其他变化的情况下完全变成功.热量可以从高温物体自动传向低温物体，而热力学第一定律说明在任何过程中能量必守恒，热力学第二定律却说明并非所有能量守恒过程均能实现.热力学第二定律是反映自然界过程进行的方向和条件的一个规律，它指出自然界中出现的过程是具有方向性的，某些方向的过程可以实现，而另一些方向的过程则不能实现.在热力学中，它和第一定律相辅相成，缺一不可.5.第二类永动机（1）定义: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源，热机要不断地把吸收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.很显然，如果第二类永动机能制成，那么就可以利用空气或海洋作为热源，从它们那里不断吸收热量而做功.这是最经济不过的，因为海洋的内能实际上是取之不尽的. 深化升华第二类永动机不可能制成说明，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.典题·热题知识点热力学第二定律例1 “热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体”这一说法是否正确？为什么？解析：这一说法是不正确的，热力学第二定律是说热量不能自发地从低温物体传向高温物体，此说法略去了“自发地”，通过外力做功是可以把热量从低温物体提取到高温物体的.例如电冰箱的制冷就是这一情况.例2 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解析：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，但在一定条件下，热量可以由低温物体传向高温物体，例如电冰箱的工作过程，故选项A错.根据热力学第一定律，物体内能的变化取决于吸收或放出的热量和做功的正负两个因素，所以选项B错.第二类永动机不违反能量守恒定律，选项C错.选项D是热力学第二定律的表述形式之一，是正确的.答案：D方法归纳在学习中应记熟其两种表述，并理解两种表述的等效性；抓住第二定律的实质，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.例3 根据热力学第二定律，下列判断正确的是（）A.电流的能不可能全部变为内能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：根据热力学第二定律可知，凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，电流的能可全部变为内能，而内能不可能全部变成电流的能，机械能可全部变为内能，而内能不可能全部变成机械能.在热传导中，热量只能自发地从高温物体传递给低温物体，而不能自发地从低温物体传递给高温物体.答案：BCD方法归纳此类题主要考查的是热力学第二定律的内涵，解题的关键是要对热力学第二定律有深刻的认识，并且能灵活地作相应的变换.例4 第二类永动机不可以制成是因为（）A.违背了能量守恒定律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：第二类永动机设想虽然符合能量守恒定律，但是违背了能量转化中有些过程是不可逆的规律，所以不可能制成.答案：D方法归纳热力学第二定律表明，凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，机械能要全部变为内能，而内能不可能全部变成机械能，而不引起其他变化.例5 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10-4-1所示，电流计指针会发生偏转，这就是温差发电现象，这一实验是否违反热力学第二定律？热水和冷水的温度是否会发生变化？简述这一过程中能的转化情况.图10-4-1解析：温差发电现象中产生了电能是因为热水中的内能减少，一部分转化为电能，一部分传递给冷水，不违反热力学第二定律.答案：不违反.热水温度降低，冷水温度升高.转化效率低于100%.巧解提示内能不可能全部转化为电能，而不产生其他影响.问题·探究交流讨论探究问题谈谈在生活中遇到的有方向性的现象.探究过程：李玉：“自发”过程就是不受外来干扰进行的自然过程.例如：气体的扩散现象；连通器下面有个开关，两边水柱不一样高，打开开关，两管水柱相平却不能再复原；人不能返老还童；在化学变化中，有一些变化可以向能量最低状态、无序状态变化等等.王芳：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”，就要有外界对其做功才能完成，电冰箱就是一例.张亮：在整个自然界中，无论有命的或无生命的，所有的宏观自发过程都具有单向性，都有一定的方向性，都是一种不可逆过程，如水向下流，重物向下落，山岳被侵蚀，房屋衰朽倒塌，人的一生从婴儿到老年到死亡等等.探究结论：所有的宏观自发过程都具有单向性.百度文库是百度发布的供网友在线分享文档的平台。
热力学定律及能量
增大 速率小的分子数目减少，分子的平均速率_______，
但不是每个气体分子的速率均增大．
名师点拨：理想气体是实际气体在一定条件下 近似的一种物理模型，在温度不太低、压强不
太大的情况下，实际气体可当成理想气体来处
理，理想气体没有分子势能，内能只由温度和 气体物质的量来决定．
课堂互动讲练
一、对热力学第一定律的理解 1．由ΔU＝Q＋W，可知改变物体的内能有两种 方式：做功和热传递，只考虑其中之一无法确 定内能的变化． 2．在ΔU＝Q＋W中，W表示做功情况，说明内 能和其他形式的能可以相互转化；Q表示吸热或 放热的情况，说明内能可以从一个物体转移到 另一个物体，而ΔU＝Q＋W是能量守恒定律的 具体体现．
确．
三、热力学第一定律与气态变化
1．气体的温度、压强、体积间的关系
一定质量的气体，如果三个状态参量都不变，
则该气体处于一定的状态．三个状态参量可以
同时变化，也可以是其中一个参量保持不变， 其他两个参量发生变化，只有一个状态参量发 生变化是不可能的．当一个参量不变时，另两 个参量的关系为：
(1)温度不变：分子的平均动能不变，若体积减 小，单位体积内分子数目增多，气体的压强增 加． (2)体积不变：单位体积内的分子数目不变，温
度升高，分子的平均动能增加，气体的压强增
加． (3)压强不变：温度升高，气体分子的平均动能 增加，只有气体的体积增大，单位体积内的分 子数减少，才可保持气体的压强不变．
2．热力学第一定律在气体状态变化中的应用 (1)理想气体无分子势能，只有分子动能，一定质量 的气体，其内能只取决于温度，而与体积无关． (2)在气体状态变化过程中，三个状态参量(p、V、 p1V1 p2V2 pV T) 遵 循 理 想 气 体 状 态 方 程 ＝ (或 ＝恒 T1 T2 T 量)． 气体的内能只需分析气体的温度， 温度升高(或 降低)，内能增大(或减小)．
第十章第4节热力学第二定律
第4节 热力学第二定律1.了解热传递、扩散现象、机械能与内能的转化等都具有方向性．知道具有方向性的过程为不可逆的．2.了解热力学第二定律的两种表述，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.能用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移及方向性问题．4.尝试运用热力学第二定律解决一些实际问题．一、热力学第二定律的一种表述1．热传导的方向性：一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的．2．克劳修斯表述：德国物理学家克劳修斯在1850年提出：热量不能自发地从低温物体传到高温物体．热力学第二定律的克劳修斯表述，阐述的是传热的方向性．1．(1)一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的．( )(2)热量不会从低温物体传给高温物体．( )(3)由冰箱能自发地把热量从低温物体传给高温物体．( )提示：(1)√ (2)× (3)×二、热力学第二定律的另一种表述1．热机(1)热机工作的两个阶段：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：热机输出的机械功W 与燃料产生的热量Q 的比值．用公式表示为η＝W Q． 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．(该表述阐述了机械能与内能转化的方向性)3．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方向性．(2)气体向真空的自由膨胀是不可逆的．(3)第二类永动机是不可能制成的．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．2．(1)可以从单一热库吸收热量，使之完全变为功．( )(2)第二类永动机违背了能量守恒定律．( )(3)第二类永动机违背了热力学第二定律．( )提示：(1)√ (2)× (3)√知识点一对热力学第二定律的理解在热力学第二定律的表述中，“自发地”“不可能”“不产生其他影响”的涵义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不需借助其他物体提供能量等．2．关于“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，不论用任何曲折复杂的办法都不可能加以消除．3．“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.(2016·永州高二检测)下列说法正确的是()A．机械能全部变成内能是不可能的B．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另一个物体，或从一种形式转化成另一种形式C．根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体D．从单一热源吸收的热量全部变成功是可能的[解析]机械能可以全部转化为内能，故A错；第二类永动机不可能制造成功是因为它违背了热力学第二定律，故B错；热量不能自发地从低温物体传到高温物体，但如果不是自发地，是可以进行的，故C错；从单一热源吸收热量全部用来做功而不引起其他变化，是不可能的，但如果是从单一热源吸收热量全部变为功的同时也引起了其他的变化，是可能的，故D项对．[答案] D对热力学第二定律理解的两个误区(1)误认为热量只能由高温物体传到低温物体，不能由低温物体传到高温物体．热量可以由高温物体传到低温物体，也可以由低温物体传到高温物体；但是，前者可以自发完成，而后者则必须有外界参与．(2)误认为机械能可以完全转化为内能，而内能不能完全转化为机械能．机械能可以完全转化为内能，内能也可以完全转化为机械能；但是，前者可以不产生其他影响，而后者一定会产生其他影响．1.(多选)电冰箱能够不断地把热量从温度较低的冰箱内部传给温度较高的外界空气，这说明了()A．热量能自发地从低温物体传给高温物体B．在一定条件下，热量可以从低温物体传给高温物体C．热量的传递过程不具有方向性D．在自发的条件下热量的传递过程具有方向性解析：选BD.一切自发过程都有方向性，如热传递，热量总是由高温物体自发地传向低温物体；又如扩散，气体总是自发地由密度大的地方向密度小的地方扩散．如果在外界帮助下气体可以由密度小的地方向密度大的地方扩散，热量可以从低温物体传向高温物体，电冰箱就是借助外界做功把热量从低温物体——冷冻食品传向高温物体——周围的大气．所以在解答热力学过程的方向性问题时，要区分是自发过程还是非自发过程，电冰箱内热量传递的过程是有外界参与的．知识点二热力学第一定律与热力学第二定律的比较1．两个定律的区别：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．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物理过程具有不可逆性．2．两个定律的联系：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．二者既相互独立，又相互补充，都是热力学的理论基础．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[解析]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力学中的具体体现．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要消耗电能，故A错误．[答案] B2.(多选)关于两类永动机和热力学两大定律，下列说法正确的是()A．热力学第一定律和热力学第二定律是相互独立的B．热力学第二定律的两种表述是等效的C．由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，热传递也不一定改变内能，但同时做功和热传递一定会改变内能D．由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体是可能的，从单一热库吸收热量，完全变成功也是可能的解析：选ABD.热力学第二定律有几种不同的表述形式，但它们是等价的，它与热力学第一定律是各自独立的，故A、B正确．由热力学第一定律可知W≠0，Q≠0，但ΔU＝W ＋Q可以等于0，C错误；由热力学第二定律可知D中现象是可能的，但不引起其他变化是不可能的，D正确．典型问题——热机和永动机的比较1．热机(1)热机是把内能转化成机械能的一种装置．例如：蒸汽机把水蒸气的内能转化为机械能；内燃机是把燃烧后的高温高压气体的内能转化为机械能．(2)热机的工作原理：工作物质从热源吸收热量Q1，推动活塞做功W，然后排出废气，同时把热量Q2散发到冷凝器中．根据能量守恒有Q1＝W＋Q2.(3)热机的效率：η＝WQ1因为Q1＝W＋Q2，所以Q1>W，η<1.这说明热机不可能把吸收的热能全部转化为机械能，总有一部分要散失到冷凝器中．热机的效率不可能达到100%.2．第一类永动机(1)第一类永动机：不消耗能量，能源源不断地对外做功的一种机器．(2)第一类永动机不可能制成的原因是违背能量守恒定律．3．第二类永动机(1)第二类永动机：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，效率为100%.(2)第二类永动机不违背能量守恒定律，它不可能制成是因为违背热力学第二定律．(2016·济南高二检测)热力学第二定律常见的表述方式有两种，其一：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；其二：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．第一种表述方式可以用图甲来表示，根据你对第二种表述的理解，如果也用类似的示意图来表示，你认为图乙示意图中正确的是()[解析]由题图甲可知，使热量由低温物体传递到高温物体必伴随着压缩机的做功，即引起其他变化；对于第二种方式，热机工作时，从高温物体吸收热量，只有一部分用来对外做功，转变为机械能，另一部分热量要排放给低温物体，故B正确，A、C、D错误．[答案] B(多选)关于热机和永动机，下列说法中正确的是()A．效率为100%的热机是不可能制成的B．第二类永动机可以制成C．不需要任何外力做功而可正常运行的制冷机是不可能制成的D．能把从单一热源吸收的热量全部用来做功而不引起其他变化的热机是可以实现的解析：选AC.热机在工作过程中，必然向外排出热量，故热机效率小于100%，故A对；由热力学第二定律可得C对，B错；内能要全部转化为机械能，必须借助外界的帮助，因而一定会引起其他变化，故D错．[随堂达标]1．(2016·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．无法确定解析：选A.一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性．2．下列说法正确的是()A．物体放出热量，温度一定降低B．物体内能增加，温度一定升高C．热量能自发地从低温物体传给高温物体D．热量能自发地从高温物体传给低温物体解析：选D.热量和内能之间没有必然的联系，A错；内能和宏观的温度和体积有关，所以B错；热量能自发地从高温物体传给低温物体，不能自发地从低温物体传给高温物体，所以C错D对．3．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．违反了能量守恒定律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．以上说法均不正确解析：选C.机械能和内能的相互转化，必须通过做功来实现．机械能可以自发地转化为内能，但内能不能自发地转化为机械能．4．(多选)根据热力学第二定律，下列说法正确的是()A．热机中燃气的内能不可能全部变成机械能B．电流的能不可能全部转变成内能C．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部转变成电能D．在传热中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体解析：选ACD.任何热机效率都不可能是100%，故A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；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正确；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，故D正确．故选ACD.5．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，是因为违背了能量守恒定律D．不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响解析：选D.根据热力学第二定律，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，但在外界帮助下，热量可以从低温物体传到高温物体，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，所以选项A错误；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，所以选项B错误；第二类永动机不可能制成，虽不违背能量守恒定律，但它违背了热力学第二定律，因此它不可能制成，所以选项C错误；而D选项中的表述就是热力学第二定律的一种表述形式，所以选项D正确．[课时作业] [学生用书P103(单独成册)]一、单项选择题1．关于热力学第二定律，下列说法正确的是()A．热力学第二定律是通过实验总结出来的实验定律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，它并不能通过理论推导出来和实验来证明，但它符合客观事实，因此是正确的．它揭示了与热有关的宏观过程的方向性，使人们认识到第二类永动机不可制成，对我们认识自然和利用自然有着重要的指导意义．2．热力学定律表明自然界中与热现象有关的宏观过程是()A．有的只遵守热力学第一定律B．有的只遵守热力学第二定律C．有的既不遵守热力学第一定律，也不遵守热力学第二定律D．所有的都遵守热力学第一、第二定律解析：选D.热力学第一、第二定律是热力学的基本定律，对所有涉及热现象的宏观过程都成立，选项D正确，选项A、B、C错误．3．(2016·海口高二检测)下列说法中，正确的是()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可逆性解析：选C.热力学第二定律反映的所有与热现象有关的宏观过程都具有方向性，A、D 错误；热量不是不能从低温物体传给高温物体，关键是能否还产生其他影响，B错误；气体扩散过程具有方向性，C正确．故选C.4．根据热力学定律，下列判断正确的是()A．我们可以把火炉散失到周围环境中的能量全部收集到火炉中再次用来取暖B．利用浅层海水和深层海水间的温度差制造出一种热机，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．制冷系统能将冰箱内的热量传给外界较高温度的空气，而不引起其他变化D．满足能量守恒定律的客观过程都可以自发地进行解析：选B.热量不能自发地从低温物体传到高温物体，所以不能说把散失的能量全部收集起来重新加以利用，A错；由热力学第二定律可知，B对；热量从低温物体传给高温物体时一定会发生其他变化，C错；只满足能量守恒定律而不满足热力学第二定律的过程是不可能发生的，D错．5．下列说法正确的是()A．冰箱能使热量从低温物体传递给高温物体，因此不遵从热力学第二定律B．空调工作时消耗的电能与室内温度降低所放出的热量可以相等C．自发的热传导是不可逆的D．不可能通过给物体加热而使它运动起来，因为违背热力学第一定律解析：选C.有外界的帮助和影响，热量可以从低温物体传递到高温物体，空调消耗的电能必须大于室内温度降低所放出的热量．不可能通过给物体加热而使它运动起来，违背了热力学第二定律．6.如图所示，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，活塞与汽缸壁接触光滑，但不漏气，现将活塞杆缓慢地向右移动，气体膨胀对外做功．已知理想气体的内能只与温度有关，则下列说法中正确的是()A．气体是从单一热库吸热，全用来对外做功，因此此过程违反热力学第二定律B．气体是从单一热库吸热，但并未全用来对外做功，因此此过程不违反热力学第二定律C．气体是从单一热库吸热，全部用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律D．以上三种说法都不正确解析：选C.由于气体始终通过汽缸壁与外界接触，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，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F对活塞做功，此过程不可能发生．7．下列过程中，可能发生的是()A．某工作物质从高温热源吸收20 kJ的热量，全部转化为机械能，而没有产生其他任何影响B．打开一高压密闭容器，其内气体自发溢出后又自发跑进去，恢复原状C．利用其他手段，使低温物体的温度更低，高温物体的温度更高D．两瓶不同液体自发混合，然后又自发地各自分开解析：选C.根据热力学第二定律，热量不可能从低温物体自发地传给高温物体，而不引起其他的变化，但通过一些物理过程是可以实现的，故C项正确；内能自发地全部转化为机械能是不可能的，故A项错误；气体膨胀具有方向性，故B项错误；扩散现象也有方向性，D项也错误．8．下列有关能量转化的说法中正确的是()A．不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功，而不产生其他影响B．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C．满足能量守恒定律的物理过程都能自发进行D．外界对物体做功，物体的内能必然增加解析：选A.由热力学第二定律的开尔文表述可知，选项A正确．热机效率总低于100%，选项B错误．满足能量守恒的过程未必能自发进行，任何热力学过程一定都满足热力学第二定律，则选项C错误．由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，W>0，ΔU不一定大于0，即内能不一定增加，选项D错误．二、多项选择题9．下列哪些现象能够发生，并且不违背热力学第二定律()A．一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热B．蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能C．桶中混浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离D．电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体解析：选CD.A、B都违背了热力学第二定律，都不能发生．C中系统的势能减少了，D中消耗了电能，所以不违背热力学第二定律，均能发生．10．下列宏观过程能用热力学第二定律解释的是()A．大米和小米混合后小米能自发地填充到大米空隙中而经过一段时间大米、小米不会自动分开B．将一滴红墨水滴入一杯清水中，会均匀扩散到整杯水中，经过一段时间，墨水和清水不会自动分开C．冬季的夜晚，放在室外的物体随气温的降低，不会由内能自发地转化为机械能而动起来D．随着节能减排措施的不断完善，最终也不会使汽车热机的效率达到100%解析：选BCD.热力学第二定律反映的是与热现象有关的宏观过程的方向性的规律，A 不属于热现象，A错误；由热力学第二定律可知B、C、D正确．11．如图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．热量可以自发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解析：选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，是能的转化和守恒定律的具体表现，适用于所有的热学过程，故C正确，D错误；再根据热力学第二定律，热量不能自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.12．根据热力学第二定律，下列说法正确的是()A．电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递B．空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量C．科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机D．对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减少，形成能源危机解析：选AB.热力学第二定律有两种表述：第一是热量不能自发地从低温物体传到高温物体，即自发热传递具有方向性，选项A中热量从低温物体传到高温物体是电冰箱工作的结果，选项A正确；第二是不可能从单一热库吸收热量，使之完全变为功，而不产生其他影响，即第二类永动机不存在，选项B正确，选项C错误；由能量守恒定律知，能量总是守恒的，只是存在的形式不同，选项D错误．13．下列说法正确的是()A．热传导过程是有方向性的B．第二类永动机不可能制成，因为它违反能量守恒定律C．第二类永动机不可能制成，因为机械能和内能的转化具有方向性D．热力学第二定律表明，所有的物理过程都具有方向性解析：选AC.根据热力学第二定律和实验事实都说明，热传导的过程是有方向性的，热量可以从高温物体自发地传给低温物体，却不能自发地由低温物体传给高温物体，所以A 正确；第二类永动机是一种热机，它希望能够从单一热源吸热全部用来做功而不引起其他任何变化，这种设想并不违反能量守恒定律，但违反热力学第二定律，所以B错误，C正确；热力学第二定律指出了所有与热现象有关的宏观物理过程都具有方向性，并不是所有的物理过程都具有方向性，因此D错误．故选AC.14.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，正确的说法是()A．这一实验过程不违反热力学第二定律B．在实验过程中，热水一定降温、冷水一定升温C．在实验过程中，热水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解析：选AB.温差发电现象中产生了电能是因为热水中的内能减少，一部分转化为电能，一部分传递给冷水，转化效率低于100%，不违反热力学第二定律．热水温度降低，冷水温度升高，故A、B正确，C、D错误．。
热力学定律知识点
热力学定律知识点热力学定律是研究物质热力学性质的基本规律，包括能量守恒定律、熵增定律、热力学温标和热力学过程等方面的内容。
下面将具体介绍这些热力学定律的知识点。
一、能量守恒定律能量守恒定律是热力学中的基本定律之一，它指出在一个孤立系统中，能量的总量是恒定不变的。
换句话说，能量既不能被创造也不能被毁灭，只能从一种形式转化为另一种形式。
能量守恒定律适用于各种物理过程，无论是机械过程、热力学过程还是化学过程。
在这些过程中，能量可以以不同的形式存在，如机械能、热能、化学能等。
根据能量守恒定律，系统中所有形式的能量的总和不会发生变化，只会相互转化。
二、熵增定律熵增定律是热力学中的另一个重要定律，它描述了自然界中熵（系统的无序程度）的增加趋势。
根据熵增定律，一个孤立系统的熵在正向过程中总是增加的。
熵增定律可以从微观角度解释。
在一个孤立系统中，分子的运动是随机的，当系统发生变化时，分子的排列和速度分布也会发生变化，从而导致系统的熵增加。
这个过程是不可逆的，即无法逆转。
三、热力学温标热力学温标是用来测量温度的尺度，它是建立在热力学定律基础上的。
热力学温标与其他温标（如摄氏温标、华氏温标）不同的是，它是基于热力学过程的性质进行定义的。
热力学温标的基本原理是根据热力学过程的可逆性，将温度定义为系统的热平衡状态下的某个性质。
在热平衡状态下，系统内部各部分之间没有宏观的热量传递，即系统各部分的温度相等。
热力学温标的单位是开尔文（K）。
四、热力学过程热力学过程是指物质在不同温度和压力条件下发生的变化过程。
根据热力学定律，热力学过程可以分为准静态过程和非准静态过程。
准静态过程是指系统在每一步都处于平衡状态下进行的过程。
在准静态过程中，系统的各个参数（如温度、压力、体积等）都发生连续变化，且变化过程非常缓慢，以至于系统始终处于平衡状态。
准静态过程是热力学中用来推导和分析问题的一种理想化模型。
非准静态过程是指系统在进行过程中不处于平衡状态下的过程。
高中物理第十章热力学定律本章小结课件选修33高二选修33物理课件
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2．热力学第二定律的本质： 热力学第二定律说明大量分子参与的宏观过程具有方向性． 几种典型的不可逆过程： ①理想气体向真空膨胀；②两种气体的扩散混合；③焦耳的热功当量实验；④各种 爆炸过程． 3．热力学第二定律的微观意义 (1)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． (2)用熵来表示热力学第二定律：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小．
D．全部过程气体做功为零
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解析：A→B 过程气体绝热膨胀，气体对外界做功，其对应的内能必定减小，即气体 温度降低，选项 A 正确；B→C 过程气体等容升压，由Tp＝恒量可知，气体温度升高，其 对应内能增加，因做功 W＝0，所以 B 错误；C→A 过程气体等温压缩，故内能变化为零， 但外界对气体做功，因此该过程中气体放热，选项 C 正确；A→B 过程气体对外做功，其 数值等于 AB 线与横轴包围的面积．B→C 过程气体不做功．C→A 过程外界对气体做功， 气体内能不变，故向外放热，全过程对气体做功为 ABC 封闭曲线包围的面积，D 错误．
第十章 热力学定律(dìnglǜ)
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本章 小结 (běn zhānɡ)
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知识结构
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复习(fùxí)点津
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【解析】 空调制冷时，把热量从温度较低的室内传递到温度较高的室外，消耗了 电能．并不违背热力学第二定律．
热力学定律的物理知识点梳理
热力学定律的物理知识点梳理热力学是物理学中研究热现象和能量转化规律的重要分支。
热力学定律则是这一领域的核心基础，它们为我们理解和解释各种热过程提供了坚实的理论依据。
接下来，让我们逐步梳理一下热力学定律的相关知识点。
一、热力学第零定律热力学第零定律指出，如果两个热力学系统分别与第三个热力学系统处于热平衡，那么这两个热力学系统彼此也必定处于热平衡。
这个定律看似简单，却是建立温度概念的基础。
为了更好地理解，我们可以想象有三个杯子，分别装有不同温度的水。
假设 A 杯的水温和 B 杯的水温相同，A 杯的水温和 C 杯的水温也相同，那么我们就可以推断出 B 杯和 C 杯的水温必然相同。
这其实就是在实际生活中我们判断物体温度是否相等的一种直观方式。
二、热力学第一定律热力学第一定律，也称为能量守恒定律，它表明能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，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另一个物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。
例如，在一个热机中，燃料燃烧产生的热能一部分转化为机械能对外做功，另一部分则以废热的形式散失。
但无论如何转化和散失，总的能量始终是守恒的。
从数学表达式上看，热力学第一定律可以表示为：ΔU ＝ Q W 。
其中，ΔU 是系统内能的变化，Q 是系统吸收的热量，W 是系统对外所做的功。
这个定律在日常生活中的应用非常广泛。
比如我们使用的电器，消耗电能来实现各种功能，电能转化为热能、光能、机械能等形式，但总能量始终不变。
三、热力学第二定律热力学第二定律有多种表述方式，其中比较常见的有克劳修斯表述和开尔文表述。
克劳修斯表述为：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。
这就好比一杯热水放在室温下会逐渐冷却，而不会自动变得更热。
开尔文表述为：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。
简单来说，就是热机的效率不可能达到 100%。
热力学第二定律揭示了热过程的方向性和不可逆性。
高中物理选修课件第十章热力学定律章末专题归纳
揭示了低温现象中能量转化和传递 的极限性质。
02
热力学过程与循环
等温过程与绝热过程
等温过程
系统温度保持不变的过程。在等温过程中，系统与外界 的热交换使得系统能够维持温度不变。例如，等温膨胀 或等温压缩过程。
绝热过程
系统与外界没有热交换的过程。在绝热过程中，系统的 温度变化完全由做功引起。例如，绝热膨胀或绝热压缩 过程。
表达式
物理意义
揭示了热现象中能量转化和传递的方 向性和不可逆性。
热力学第二定律有多种表述方式，如 开尔文表述、克劳修斯表述等。
熵与热力学第三定律
熵
表示系统无序程度的物理量，用 符号S表示。在可逆过程中，熵保
持不变；在不可逆过程中，熵总 是增加。
热力学第三定律
在绝对零度附近，任何完美晶体的 熵为零。或表述为“绝对零度不可 能达到”。
04
热力学在工业生产中的应用
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
热力发电站工作流程简介
热力循环
热力发电站利用燃料燃烧产生高温高 压蒸汽，驱动汽轮机转动，进而带动 发电机发电。这一过程中，蒸汽的热 能转化为机械能，再转化为电能。
效率分析
热力发电站的效率受到燃料燃烧效率 、汽轮机效率和发电机效率等多个环 节的影响。提高各环节的效率是提高 整体发电效率的关键。
化工生产中反应条件控制
温度控制
化工生产中的化学反应往往需要在特定的温度条 件下进行。通过热力学原理，可以精确控制反应 温度，确保反应的顺利进行。
压力控制
某些化学反应需要在特定的压力条件下进行。热 力学原理可以帮助工程师精确控制反应釜内的压 力，保证反应的安全和效率。
钢铁冶炼过程中能量转换关系
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热力学定律复习笔记
《大物笔记》第10章 热力学基础1. Q = A + ∆Ed Q = d A + d E （dQ 和dA 是过程量, dE 是状态量） Q>0，从外界吸热A>0，对外界做功 ∆E>0，内能增加2. 准静态过程 ：做功过程缓慢；热传导∆T 无限小3. 内能：E =i2NkT热量：Q =∫dQ a|b 功：A =∫pdV a|b 4. 热容量 c =dQdTν∫CdT T1T2=∫pdV +V2V1∆E 对于理想气体 E =i2νRT 所以 C V,m =i2R C p,m =C V,m +1ν(d (pV )dT)P = C V,m +R =i+22R热容比 γ =C p,mCV,m=1+2i5. 等容过程 Q = νC V,m ∆T等压过程 Q = νC p,m ∆T绝热过程 dp p + γdVV =0 (γ=C V,m +R C V,m) 所以{pV γ=C 1TV γ−1=C 2p γ−1T −γ=C 3例、氢气P=4×106Pa 不变，T 1=0℃，T 2=50℃，吸收Q=6×104J求（1）氢气摩尔数 （2）∆E （3）A （4）若体积不变，温度同样变化，Q=?解：（1）Q =i+22νR∆T 所以ν=2Q7R∆T =41.26mol（2）∆E =νi2R∆T =27Q =4.28×104J（3）A =Q −∆E =27Q =1.72×104J （4）Q =i2νR∆T =∆E =4.28×104J6. ①理想气体向真空自由膨胀的过程是一个绝热过程，且非准静态过程 ②过程方程只适用于准静态过程 ③pV n =恒量（理想气体）n=1时等温过程 n=0时等压过程 n →∞等容过程 n=γ时绝热过程例、设一理想气体在某过程中压强与体积之间满足关系pV 2=常量，求相应的气体摩尔热容量解：C n,m =dQνdT =1νdE+pdVdT=1ννC V,m dT+pdVdT对pV 2=常量微分得 V 2dp +2pVdV =0 所以 Vdp +2pdV =0再对 pV =νRT 微分得 Vdp +pdV =νRdT 所以 pdV =−νRdT 所以 C n,m =C V,m −R④由绝热过程p 1V 1γ=p 2V 2γ得到A =∫pdV V2V1=p 2V 2−p 1V 11−γ=−∆E =−νC V,m ∆T7. 热机和循环过程 热机的效率 η=AQ 1=Q 1−Q 2Q 1=1−Q2Q 1Q 2为向低温热源放热 Q 1为从高温热源吸热8.卡诺循环ηc =1−Q 2Q 1=1−T 2lnV 3V 4T 1ln V 2V 1绝热方程{T 1V 1γ−1=T 2V 4γ−1T 1V 2γ−1=T 2V 3γ−1→V 3V 4=V2V 1ηc =1−T 2T 19.制冷机 制冷系数 w =Q 2A=Q 2Q1−Q 2=T2T 1−T 2(如果是卡诺循环)10. 热力学第二定律不可逆过程：要使自发过程逆向进行，一定要借助外界的变化，在外界留下痕迹 可逆过程：（理想化）系统改变无穷小，过程可以反向进行，做功无摩擦的准静态过程{开尔文：不可能制成这样一种循环动作的热机，只从单一热源吸收热量并使之完全变为有用的功克劳修斯：热量不可能自动的从低温物体传向高温物体实质：自然界中自发的热力学演化过程的方向性或单向性基本内容：自然界中凡牵涉热现象的自发过程都是不可逆的熵11.卡诺定理：η≤1−T2T112.熵：对于可逆循环η可=1+Q2Q1=1−T2T1(Q2表示从低温热源吸收热量，所以是“+”) 所以Q2T2+Q1T1=0对于不可逆过程Q2T2+Q1T1<0∮dQT=0（克劳修斯公式）dS=dQT克劳修斯公式(可逆过程)S≥dQT克劳修斯不等式对于绝热系统dQ=0 所以dS≥0，熵增加原理13.计算dS=1T (dE+pdV) ∆S=∫dQT21（等温热交换时T为定值；温度改变时可认为为无穷个等温过程，T为变量）14.温熵图可逆绝热过程（可逆等熵过程）在温熵图中为垂直线段可逆等温过程为平行线段对任意准静态过程对应的曲线，曲线下的面积表示相应过程系统吸收的热量∮TdS=∮pdV15.孤立的热力学系统自发的演化过程总是从热力学概率小的宏观状态趋于热力学概率大的宏观状态。
第10章《热力学定律》章末小结课件
如图所示，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．热量可以自发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
越高，物体热运动速率大的分子数占总分子比例越高，故C项
错误。D项，非晶体的物理性质各向同性，单晶体的物理性质 表现各向异性，多晶体的物理性质表现各向同性，故 D 项错 误。综上所述，本题正确答案为B。
pV (2)根据热力学定律 T ＝C，可知 b、c 状态的温度相等，又 因为 ab 过程中，体积变大，气体对外做功，所以吸收的热量 比 ac 过程的多，故 C 项正确。综上所述，本题正确答案为 C。
(3) 机械能和内能的转化过程具有方向性：物体在地面上
运动，因摩擦而逐渐停下来，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的现象。 (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再从容器释 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，即在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减少。
B．只要气体压强不是很高就可视为理想气体
C．一定质量的某种理想气体的内能与温度、体积都有关 D．在任何温度、任何压强下，理想气体都遵循气体实验
定律
(2)压缩过程中，两个阀门均关闭。若此过程中，气室中的 气体与外界无热量交换，内能增加了3.4×104J，则该气体的分 子 平 均 动 能 ________________( 选 填 “ 增 大 ” 、 “ 减 小 ” 或 “不变” ) ，活塞对该气体所做的功 ________________( 选填
热力学定律
热力学定律基础知识归纳一、功和内能1、绝热过程：系统只由于外界对它做功而与外界交换能量，它不从外界吸热也不向外界放热2、要使系统状态通过绝热过程发生变化，做功的数量只由过程始末两个状态决定而与做功的方式无关．二、内能1、内能概念：任何一个热力学系统都存在一个依赖系统自身状态的物理量，这个物理量在两个状态间的差值等于外界在绝热过程中对系统所做的功，我们把这个物理量称为系统的内能．2、在绝热过程中做功与内能的变化关系：ΔU＝W三、热和内能1、热传递：热量从高温物体传到低温物体的过程．2、关系描述：热量是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度．3、公式表达：ΔU＝Q四、功和内能的关系1、内能与内能的变化的关系（1）物体的内能是指物体内所有分子的平均动能和势能之和．在微观上由分子数和分子热运动激烈程度及相互作用力决定，宏观上体现为物体温度和体积，因此物体的内能是一个状态量．（2）当物体温度变化时，分子热运动激烈程度发生改变，分子平均动能变化．物体体积变化时，分子间距离变化，分子势能发生变化，因此物体的内能变化只由初、末状态决定，与中间过程及方式无关．2、做功与内能的变化的关系（1）做功改变物体内能的过程是其他形式的能(如机械能)与内能相互转化的过程．（2）在绝热过程中，外界对物体做多少功，就有多少其他形式的能转化为内能，物体的内能就增加多少；物体对外界做多少功，就有多少内能转化为其他形式的能，物体的内能就减少多少．3、功和内能的区别（1）功是过程量，内能是状态量．（2）在绝热过程中，做功一定能引起内能的变化．（3）物体的内能大，并不意味着做功多．在绝热过程中，只有内能变化较大时，对应着做功较多．五、“温度”、“热量”、“功”、“内能”的辨析1、内能和温度从宏观看，温度表示的是物体的冷热程度；从微观看，温度反映了分子热运动的剧烈程度，是分子平均动能的标志．物体的温度升高，其内能一定增加．但物体吸收热量内能增加时，温度却不一定升高．2、内能和热量（1）热量的概念在涉及能量传递时才有意义．我们不能说一个物体具有多少热量，只能说在传热过程中物体吸收或放出了多少热量．（2）在单纯传热的过程中，物体吸收热量，内能增加，物体放出热量，内能减小，热量是内能改变的量度．3、热量和做功（1）热量和功，都是系统内能变化的量度，都是过程量，一定量的热量还与一定量的功相当，热量可以通过系统转化为功，功也可以通过系统过程转化为热量，但它们之间有着本质的区别．（2）用做功来改变系统的内能，是机械能或其他形式的能和内能之间的转化过程．（3）用传热来改变系统的内能，是系统间内能转移的过程．六、热力学第一定律1、内容：一个物体，如果跟外界同时发生做功和热传递的过程物体内能的增加为 U=W+Q，即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功的和。
热力学定律的物理知识点梳理
热力学定律的物理知识点梳理热力学定律是物理学中非常重要的一组定律，它们奠定了热现象研究的基础，对于理解自然界中的能量转化和物质状态变化具有至关重要的意义。
接下来，让我们一起深入梳理一下这些关键的知识点。
首先，我们来了解热力学第一定律。
简单来说，热力学第一定律就是能量守恒定律在热学中的表现形式。
它表明，一个热力学系统内能的增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。
这就好比我们有一个存钱罐，里面的钱（内能）增加，要么是别人给我们放进去的（吸收热量），要么是我们自己通过劳动挣来的（外界对系统做功）。
如果我们向系统传递了一定的热量Q，同时系统对外界做功W，那么系统内能的变化ΔU 就可以表示为：ΔU ＝ Q W 。
这个定律告诉我们，能量不会凭空产生，也不会凭空消失，只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体。
接下来，热力学第二定律是一个稍微复杂但同样极其重要的概念。
热力学第二定律有多种表述方式，其中最常见的一种是克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传递到高温物体。
想象一下，在寒冷的冬天，如果没有外界的干预，比如空调或者暖气，房间里的低温空气不会自动变得温暖，而室外的冷空气也不会自动变得更冷。
还有开尔文表述：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。
也就是说，即使我们有一个理想的热机，它也不可能将吸收的所有热量都转化为有用的功，总会有一部分能量以废热的形式散失掉。
热力学第二定律揭示了热现象的方向性和不可逆性，反映了自然界中能量转化的限制和规律。
热力学第三定律则是关于绝对零度的阐述。
它指出，绝对零度（0 K，约为－27315℃）是不可能达到的。
为什么呢？因为当温度趋近于绝对零度时，物质的熵趋近于一个定值。
熵是一个用来描述系统混乱程度的物理量。
温度越低，分子的运动越缓慢，系统越有序，熵值越低。
但无论我们怎么努力，都无法使系统达到完全没有任何热运动的绝对零度状态。
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第十章热力学定律10.1 功和内能1. 焦耳的实验（1）两个具有代表性的实验：①重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升。
②正在降落的重物使发电机发电，通过电流的热效应给水加热。
（2）实验结论：在各种不同的绝热过程中，如果使系统从状态1 变为状态2，所需外界做功的数量是相同的。
也就是说，要使系统状态通过绝热过程发生变化，做功的数量只由过程始末两个状态1、2 决定，而与做功的方式无关。
（3）绝热过程：系统只由于外界对它做功而与外界交换能量，它不从外界吸热，也不向外界放热，这样的过程叫做绝热过程。
2. 内能（1）定义：任何一个热力学系统都必定存在一个只依赖于系统自身状态的物理量，这个物理量在两个状态间的差别与外界在绝热过程中对系统所做的功相联系。
鉴于功是能量变化的量度，所以这个物理量必定是系统的一种能量，我们把它称为系统的内能。
（2）定义式：当系统从状态1经过绝热过程达到状态2时，内能的增加量ΔU＝U2－U1就等于外界对系统所做的功W，即ΔU＝W①当外界对系统做功，系统的内能增加，在绝热过程中，内能的增量就等于外界对系统做的功。
②当系统对外界做功，系统的内能减少。
在绝热过程中，系统对外界做多少功，内能就减少多少。
（3）内能微观定义：系统中所有分子热运动的动能和分子间的相互作用势能的总和叫做系统的内能。
系统的内能是由它的状态决定的。
10.2 热和内能1. 热传递（1）定义：两个温度不同的物体相互接触时温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，我们说，热量从高温物体传到了低温物体。
这样的过程叫做热传递。
（2）热传递有三种方式：热传导、热对流和热辐射，如图所示。
（3）热传递的条件：①两个物体②存在温度差2. 热和内能（1）在外界对系统没有做功的情况下，热量是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。
吸收热量内能增加，放出热量内能减少。
当系统从状态1经过单纯的传热达到状态2，内能的增量ΔU＝U2－U1就等于外界向系统传递的热量Q，即ΔU＝Q（2）热量的概念也只有在涉及能量的传递时才有意义。
所以不能说物体具有多少热量，只能说物体吸收或放出了多少热量。
（3）做功与热传递区别：做功时内能与其他形式的能，如内能与机械能、内能与电能等发生转化，而热传递只是不同物体（或一个物体的不同部分）之间内能的转移。
（4）改变物体的内能的方式有做功和热传递，它们在改变物体内能上是等效的。
10.3 热力学第一定律能量守恒定律1. 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。
这个关系叫做热力学第一定律。
（2）其数学表达式为：ΔU=W+Q（3）与热力学第一定律相匹配的符号法则 做功W 热量Q 内能的改变ΔU 取正值“+” 外界对系统做功 系统从外界吸收热量系统的内能增加 取负值“－” 系统对外界做功系统向外界放出热量 系统的内能减少 ①热力学第一定律说明了做功和热传递是系统内能改变的量度，没有做功和热传递就不可能实现能量的转化或转移，同时也进一步揭示了能量守恒定律。
②应用热力学第一定律解题的一般步骤：Ⅰ根据符号法则写出各已知量（W 、Q 、ΔU ）的正、负；Ⅱ根据方程ΔU=W+Q 求出未知量；Ⅲ再根据未知量结果的正、负来确定吸热、放热情况或做功情况。
2. 能量守恒定律（1）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，能量的总量不变。
这就是能量守恒定律。
（2）各种形式的能都可以相互转化。
在所有这些转化过程中，能量都是守恒的。
（3）热力学第一定律实际上就是内能与其他能发生转化时的能量守恒定律。
3. 第一类永动机（1）不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功，史称第一类永动机。
（2）任何机器运动时只能将能量从一种形式转化为另一种形式，而不可能无中生有地创造能量，即第一类永动机的思想违背了能量守恒定律，所以是不可能制成的。
10.4 热力学第二定律1. 可逆与不可逆过程（1）热传导的方向性热传导的过程可以自发地由高温物体向低温物体进行，但相反方向却不能自发地进行，即热传导具有方向性，是一个不可逆过程。
高温物体 低温物体热量Q 能自发传给热量Q 不能自发传给（2）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. 热力学第二定律的两种表述①克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传递到高温物体。
②开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。
3. 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Q 1，推动活塞做功W ，然后向冷凝器释放热量Q 2。
由能量守恒定律可得：Q 1=W+Q 2（2）热机效率：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 Q4. 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，因为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。
第二类永动机违背热力学第二定律10.5 热力学第二定律的微观解释1. 有序和无序（1）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。
（2）有序和无序是相对的。
2. 宏观态和微观态（1）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。
（2）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）自发的过程总是倾向于出现与较多微观态对应的宏观态，因此自发的过程总是从有序向着无序发展的。
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的方向进行。
4. 熵（1）系统的宏观状态所对应的微观态的多少表现为宏观态的无序程度，同时也决定了宏观过程的方向性。
分析的结果归纳在以下表中。
（2）一个宏观状态对应的微观状态标志着这个宏观态的无序程度。
物理学中用字母Ω表示一个宏观状态所对应的微观状态的数目。
（3）熵：一个与微观态数目Ω相关的物理量，叫做熵，用字母S表示。
玻耳兹曼在1877年提出了熵与微观态的数目Ω的关系，即S∝lnΩ，后来普朗克把它写成了等式S＝kln Ω式中k叫做玻耳兹曼常量。
（4）既然微观态的数目Ω是分子运动无序性的一种量度，由于Ω越大，熵S也越大，那么熵S自然也是系统内分子运动无序性的量度。
（5）用熵的概念表示的热力学第二定律：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小。
因此，热力学第二定律又叫做熵增加原理。
（6）由熵的定义可知，熵较大的宏观状态就是无序程度较大的宏观状态，也就是出现概率较大的宏观状态。
在自然过程中熵总是增加的，其原因并非因为有序是不可能的，而是因为通向无序的渠道要比通向有序的渠道多得多。
（7）热力学第二定律是一个统计规律：一个孤立的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度更大的方向发展。
5. 热力学第三定律：不可能通过有限的过程把一个物体冷却到绝对零度。
10.6 能源和可持续发展1. 能量耗散和品质降低（1）能量在数量上虽然守恒，但其转移和转化却具有方向性。
（2）在取暖照明、耕田犁地、车钻磨锻、开车驾船……各种各样的活动中，机械能、电能、光能、声能、化学能、核能、生物能……最终都转化成内能，流散到周围的环境中。
机械能、电能、化学能都是集中度较高因而也是有序度较高的能量，当它们变为环境的内能后，就成为更加分散因而也是无序度更大的能量。
分散在环境中的内能不管数量多么巨大，它也不过能使地球、大气稍稍变暖一点，却再也不能驱动机器做功了。
这样的转化过程叫做“能量耗散”。
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。
然而，反过来的转化总是不自发的。
（3）热机中的确进行着内能向机械能的转化，但我们由热力学第二定律知道，这种转化是有条件的，即环境中必须存在着温度差，而且内能不能全额转化为机械能。
因此，从可被利用的价值来看，内能较之机械能、电能等，是一种低品质的能量。
由此可知，能量耗散虽然不会使能的总量减少，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。
煤、石油、天然气等能源储存着高品质的能量，在利用它们的时候，高品质的能量释放出来并最终转化为低品质的内能。
2. 能源与环境（1）全球气候变暖：石油和煤炭的燃烧增加了大气中二氧化碳的含量。
（2）酸雨：煤炭和石油中常常含有硫，燃烧时形成的二氧化硫等物质使雨水的酸度升高，形成“酸雨”（3）光化学烟雾：内燃机工作时的高温使空气中和燃料中的多种物质发生化学反应，产生氮氧化物和碳氢化合物。
这些化合物在大气中受到紫外线的照射，产生二次污染物质——光化学烟雾。
这些物质有毒，能引起人的多种疾病。
燃烧时产生的浮尘也是重要的污染物。
（4）可持续发展的核心：追求发展与资源、环境的平衡：既满足当代人的需求，又不损害子孙后代的需求。
最重要的两个方面就是资源和环境保护。
3. 开发新能源（1）太阳能①有良好开发前景的新能源②能量巨大，取之不尽，用之不竭③清洁能源；对环境影响很小④最有前途的领域：通过太阳电池将太阳能直接转换成电能。
（2）生物质能①指绿色植物通过光合作用储存在生物体内的太阳能②储存形式：生物分子的化学能。
③利用生物质能典例：庄稼秸秆发酵后产生的沼气可以用做生活燃料。
（3）风力（4）水电对环境的影响小，发电成本低（5）核能，它是蕴藏在原子核内部的能量。