对热力学第二定律两种表述的理解

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我们应该有恒心,尤其要有自信心.

居里夫人对热力学第二定律两种表述的

理解

江苏 戎世忠

热力学第二定律是热学考试命题的热点之一,题型多以选择、填空的形式出现,解题的关键是对热力学第二定律要有深刻的理解.

一、对热力学第二定律两种表述的理解

热力学第二定律有多种表述形式,最常见的表述形式一是克劳修斯的表述: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.二是开尔文的表述:不可能从单一热源吸热,并把它全部用来做功,而不引起其他变化.

克劳修斯是从热传导的方向性来表述的:热传导的过程是有方向性的,在这个过程中,热量能自发地从高温物体传给低温物体,使高温物体的温度降低,低温物体的温度升高,但相反的方向是不能自发地进行.要实现热量由低温物体转移到高温物体,使高温物体温度更高,低温物体温度更低,必须借助外界的帮助,从而引发其他变化.在这个表述中!自发∀二字指的是:当两个物体接触时,不需要任何第三者的介入、不会对第三者产生任何影响,热量就能从一个物体传给另一个物体.当两个温度不同的物体接触时,这个!自发∀的方向是从高温物体指向低温物体的.

此种表述的实质是:若不允许产生!其他变化∀,则热量

从低温物体传到高温物体的热力学过程是不能发生的;若

允许产生!其他变化∀,则热量是可以从低温物体传到高温

物体的.

制冷机(电冰箱)的工作原理如图所示,热量Q 2从低温

热源传到高温热源,是由于外界对系统作了功W 产生

了!其他变化∀,而不是热量自发地从低温物体传到高温物体的.

开尔文是从机械能和内能转化的方向性来表述的:通过一定装置机392008年第10期 求实篇 基本概念辨析

中学生数理化 高考版 械能可以全部转化成内能,但是内能却不能自发地完全转化成机械能,要实现内能完全转化成机械能,必须借助其他物理变化,即机械能和内能的转化是具有方向性的.

此种表述的实质是:若从单一热源吸收热量,并把它完全用来做功,同时又不允许产生其他变化,则这种热力学过程是不可能发生的;若允许产生其他变化,则从单一热源吸收热量,并把它全部用来做功这种热力学过程是能够发生的.

理想气体的等温膨胀过程,根据热力学第一定律有Q

1= U+W.其中Q

1是从单一热源吸收的热量,W是对外界所做的功,由于是等温过程,所以 U=0,则Q

1=W,即从单一热源吸收的热量,并把它完全用来做功,但同时产生了!其他变化∀ 气体的体积膨胀了.

热力学第二定律的上述两种说法是等效的,如果其中一种表述不成立,可以证明另一种表述也不成立.热力学第二定律还有许多不同的说法(如效率为100%的热机不可能实现等),上述两种说法只是各选择了一种比较典型的热现象加以说明的.其实质是自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性.它揭示了有大量分子参与的宏观过程的方向性.

热力学第二定律是大量实验事实的总结,是在有限的时间、空间内得出的宏观规律,因此它不适用于由少量粒子构成的微观体系,也不能把它外推到整个宇宙空间.

有了天才不用,天才一定会衰退的,而且会在慢性的腐朽中归于消灭.

克雷洛夫

二、热力学第二定律的典型问题分析

例1 根据热力学第二定律,可知下列说法中正确的是( ).

A.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

B.热量能够从高温物体传到低温物体,也可能从低温物体传到高温物体

C.机械能可以全部转化为热量,但热量不可能全部转化为机械能

D.机械能可以全部转化为热量,热量也可能全部转化为机械能

解析:根据热传递的规律可知热量能够从高温物体传到低温物体;当外界对系统做功时,可以使系统从低温物体吸取热量传到高温物体,制冷机(如冰箱和空调)就是这样的装置.但是热量不能自发地从低温物体传到高温物体.所以选项A错,选项B正确.

一个运动的物体,克服摩擦阻力做功最终停止.在这个过程中机械能全部转化为热量.外界条件发生变化时,热量也可以全部转化为机械能;如在等温膨胀过程中,系统吸收的热量全部用来对外界做功,所以选项C 错误,选项D正确.

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求实篇 基本概念辨析 2008年第10期

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例2 根据热力学第二定律,下列判断正确的是( ).

A.电流的能量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.从单一热源吸收的热量全部用来做功是可能的

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,电流的能量可全部变为内能(由电流热效应中的焦耳定律可知),而内能不可能全部变为电流的能;机械能可以全部转化成内能,而内能不可能自发地全部变成机械能;从单一热源吸收的热量可能全部用来做功,如理想气体的等温膨胀.所以,选项B 、C 、D 正确.

一年之计,莫如树谷;十年之计,莫如树木;终身之计,莫如树人.

管 仲例3 第二类永动机不可能制成,是因为( ).

A.它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.机械能不能全部转化为内能

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,故选项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,所以选项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,选项C 错;由热力学第二定律知选项D 正确.

(责任编辑 李国庆)三聚氰胺假蛋白原理

由于食品和饲料工业蛋白质含量测试方法的缺陷,三聚氰胺常被不法商人用作食品添加剂,以提升食品检测中的蛋白质含量指标,因此三聚氰胺也被人称为!蛋白精∀.

蛋白质主要由氨基酸组成,其含氮量一般不超过30%,而三聚氰胺的分子式含氮量为66%左右.通用的蛋白质测试方法!凯氏定氮法∀是通过测出含氮量来估算蛋白质含量,因此,添加三聚氰胺会使得食品的蛋白质测试含量偏高,从而使劣质食品通过食品检验机构的测试.有人估算在植物蛋白粉和饲料中使测试蛋白质含量增加一个百分点,用三聚氰胺的花费只有真实蛋白原料的1/5.三聚氰胺作为一种白色结晶粉末,没有什么气味和味道,掺杂后不易被发现.

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