选修3-3 3.4 热力学第二定律 (课件)

[例2]第二类永动机不可以制成，是 因为[ ]
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，选项D正确。
• [例1]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 物体传递给高温度物体。
• [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(由电流热效应中的焦耳 定律可知)，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， 所以选项B、C、D正确。
• 新课教学： • (一)热传导的方向性 • 1．实例：热量会自动地从高温物体传给低 温度物体。 • 2．热传导的过程具有方向性 • 3．自然界中进行的涉及热现象的宏观过程 都具有方向性。
• 1．实例：热量会自动地从高温物体传给低 温度物体。 • [注意]这里所说“自发地”是指没有任何外 界的影响或帮助，电冰箱工作时能将冰箱 内(温度较低)的热量，传给外界空气(温度 较高)，是因为电冰箱消耗了电能，对制冷 系统做了功。
六、小结 ：
• 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。
七、 [巩固练习]
• • • • • 1.下列哪些物理过程具有方向性 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。答案：
上题答案：A B C D
• 2.热机是一种______的装置，热机 做的功和它从热源吸收热量的比值 叫做热机的______．答案： • 3.能量耗散是从 ________角度反映出自然界中的宏 观过程具有方向性．答案：
2答案：把内能转化为机械能；效率 3答案：热现象 • 4.热力学第二定律使人们认识到， 自然界中进行的涉及________现象 的宏观过程都具有________性，例 如机械能可以________转化为内能， 但内能_______全部转化为机械能， 而不引起其他变化．
4答案：热；方向；全部；不能。
• 5.什么是第二类永动机?为什么第二类永动机不可 能造成?
• 答：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。
• 重点：热力学第二定律的物理实质和两种 常见的表述．
• 难点：两类永动机的区别，第二类永动机 不可能制成的原因
三、教学过程：
引入新课： • 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1oC，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”，究其原因，是因为涉及物 理学的一个基本定律——热力学第二定律．
• 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 其他变化的热机叫做第二类永动机。 • 2．第二类永动机不可能制成
• 表示机械能和内能的转化过程具有方向 性．尽管机械能可以全部转化为内能，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
• 2．热传导的过程具有方向性
• 热传导的过程可以向一个方向自发地进行 (热量从高温物体自发地传给低温物体)；但 向相反的方向不会自发地产生(热量不会自 发地从低温物体传给高温物体)，只有借助 外界的帮助才能进行。
（二）机械能与内能转化的方向性
①热机：是一种把内能转化为机械能的装置。 ②原理：燃料燃烧产生热量 Q1（高温热源）
K,容器A中的气体会自发地向B中膨胀,最后两个容器都充 满气体.会不会气体自发地从容器B流向容器A,最后使容器 B恢复成真空呢?
大量自然现象说明:有些物理 过程具有方向性.
(三)热力学第二定律
• 1．热力学第二定律常见的两种表述： • (1)按热传递的方向性来表述：不可能使热 量从低温物体传到高温物体，而不引起其 他变化。 • (2)按机械能与内能转化过程的方向性来表 述：不可能从单一热库吸收热量并把它全 部用来做功，而不引起其他变化。
热力学第二定律
• 一、学习目标： • 二、重点和难点： • 三、教学过程：
• 1.了解热传导过程的方向性。 • 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不同的表述， 以及这两种表述的物理实质。 • 4.了解什么是能量耗散。
• 二、重点和难点：
• 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。
三、热力学第二定律
举例：两种不同的气体扩散可以自发地进入对方,最后成为 一种均匀的混合气体 思考:如图所示,容器A中装有气体,容器B是真空,打开阀门
热机
内燃机
推动活塞对外做功 W
排出废气向外界（低温热源）放热 Q2
③效率：
由能量守恒定律知道 Q1 = W +Q2 热机的效率
高温热库
W Q1
Q1
热机 Q2
W
对外做功wenku.baidu.com
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。
低温热库
(二)第二类永动机
• [例3]试对热力学第一定律和热力学第二定 律做一简单的评析 • [解析]热力学第一定律和热力学第二定律是 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。
• 2．两种表述是等价的 • 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 • 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。
熵
• 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
五、例题分析：
6.试述热力学第一定律和热力学第二 定律的区别与联系。
• 解答：热力学第一定律指出了在任何 热力学过程中，能量不会有任何增减 或损失，对自然过程也没有限制；而 热力学第二定律是解决了哪些过程可 以发生。两个定律从不同角度揭示了 热力学过程中遵从的规律，既相互独 立，又相互补充，共同构成了热力学 知识的理论基础