高二物理热力学第二定律课件

1、11.6 热力学第二定律能源环境北京师范大学附属中学 许洪发11.6 热力学第二定律能源环境北京师范大学附属中学 1. 一个值得深思的问题： 既然能量是守恒的，不能创造，也不会消失，那我们为什么还要节约能源呢？1. 一个值得深思的问题： 既然能量是守恒的，不能创造，一个诱人的设想： 如果能使地球上的海水温度降低0.1，释放出的能量相当于18000000个功率为1000000kW的核电站一年的发电量。 人类能否尝试去开发这种“新能源”呢？一个诱人的设想： 如果能使地球上的海水温度降低0.12。人类对能源问题的研究由来已久 自19世纪蒸汽机出现以后，人类便开始系统地对能源、效率等问题进行研究。 其

2、中最典型的便是对热机理论的研究上。（内能机械能转化效率的研究）2。人类对能源问题的研究由来已久 自19世纪蒸汽机出现热机 热机是一种把内能转化为机械能的装置。（如蒸汽机、内燃机等）热机 热机是一种把内能转化为机械能的装置。（如蒸汽高二物理热力学第二定律课件锅炉蒸汽机工作中的能量转化Q0QWE不存在E（摩擦损耗、漏热等）损失的热机称为理想热机。锅炉蒸汽机工作中的能量转化Q0QWE不存在E（摩擦损耗、漏热理想热机效率 第二类永动机 由上可知Q 越少，越高。 于是人们就考虑能否选择一种合适的工作物质让 Q 不存在，这样就可以产生一个=100的热机（第二类永动机），可以看到这种机器并不违反能量守恒定律

3、。理想热机效率 第二类永动机 由上可知Q 越少，第一台第二类永动机 第二类永动机并不违背能量的转化与守恒定律，它也需要外界给机器提供能量，只不过是从单一热源（例如海洋、大气层等）吸取热量，全部用来做功而不引起其他变化。即将从热源获得的内能完全转化成机械能的可循环装置。吸热液氨1881年，约翰嘎姆吉， “零发动机”海水第一台第二类永动机 第二类永动机并不违背能量的转化与守恒定律Q空气“装备”第二类永动机的零耗汽车Q空气“装备”第二类永动机的零耗汽车3. 梦的终结第二类永动机不可制成 1851年开尔文首先认识到：没有其他条件，内能全部转化为机械能是不可能的。3. 梦的终结第二类永动机不可制成 18

4、51年开尔文首先3。热力学第二定律（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。” （这句话可以理解为：如果没有外界的帮助；如果不产生某种变化，就不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功。） （如果在外界帮助下或产生某种变化时，内能是可以全部转化为机械能的。） （如气体吸热等温膨胀对外做功时，气体吸收的热将全部用来对外做功，转化为机械能，但由此产生的变化是气体体积变大而无法自动复原）3。热力学第二定律（开尔文表述） “不可能从单一热源对开尔文表述的理解 “单一热源” 指温度处处相同且恒定不变的理想热源，如小范围内的大气、海洋等，“其它变化” 指除该表述所提及

5、的作用外，任何由此产生的变化。它揭示机械能可完全转化为内能，而内能转变为机械能是有条件的，且转化效率有所限制。即任何存在功热转化的宏观热现象过程是不可逆的。 这恰恰也是为何能量是守恒的，不能创造，也不会消失，而我们还要节约能源的原因。“机械能转化为内能”，这里沿用传统说法。对开尔文表述的理解 “单一热源” 指温度处处相同且恒定不变的能量耗散 在各种能之间的转化过程中，人类没有办法把流散到周围环境中的内能重新收集起来加于利用，这种现象叫做能量的耗散。 能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性（不可逆性）。能量耗散 在各种能之间的转化过程中，人类没有办法把流散高二物理热力学第二定

6、律课件 各种能量最终将转化为周围环境的内能而无法再被利用。 各种能量最终将转化为周围环境的内能而无法再被利用。热力学第二定律的实质 热力学第二定律揭示了有大量分子参与的宏观过程的方向性，使得它成为独立于热力学第一定律的一个重要自然规律。其意义和应用远远超出了热传导以及机械能和内能的范围，它使人们认识到，自然界中进行的一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性，对人们认识自然、利用自然有着重要的指导意义。 热力学第二定律的实质 热力学第二定律揭示了有大量分子参与 1。热传导的方向性 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给低温物体，结果是使得高温物体温度降低，低温物体温度升高。 “自发

7、”：指在没有任何的外界的影响或帮助情况下。高温物体低温物体热量自发TT4。自然界中一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性 1。热传导的方向性高温物体低温物体热量自发TT4。自然界高温物体低温物体TT热量自发不可能！高温物体低温物体TT热量自发不可能！热力学第二定律的克劳修斯表述 “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。” （这句话可以理解为：如果没有外界的帮助；如果不产生某种变化，就不可能使热量由低温物体传递到高温物体。） （如果在外界帮助下或产生某种变化时，热量是可以由低温物体传递到高温物体的。） （如冰箱、空调制冷时，热量可以由低温物体传递到高温物体，但此时需要外界的帮助

8、，即压缩机要消耗电能对制冷系统做功）克劳修斯热力学第二定律的克劳修斯表述 “不可能使热量由低温物体传递到 ？ 冰箱内的温度比外面低，可为何制冷系统还能够不断地把冰箱内的热量传给外界高温的空气呢？ 高二物理热力学第二定律课件 冰箱能制冷，使热量由低温物体向高温物体传递，是由于它靠压缩机消耗电能对制冷系统作功。即借助了外界的帮助！也就是说它产生其它的影响或引起了其他的变化。 冰箱能制冷，使热量由低温物体向高温物体传递， 2。扩散现象具有方向性 自然界中能自发进行的各种宏观过程都具有方向性。4。自然界中一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性 2。扩散现象具有方向性 自然界中能自发进行的各种宏观 3。

9、生命过程具有方向性4。自然界中一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性 3。生命过程具有方向性4。自然界中一切与热现象有关的宏观过 4。无机体腐蚀过程、有机体腐坏等过程具有方向性。4。自然界中一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性 4。无机体腐蚀过程、有机体腐坏等过程具有方向性。4。自然界* 热力学第二定律的微观实质 “系统的宏观表现源于组成系统的微观粒子的统计规律。”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（一切自然过程总是从热力学概率小的状态向热力学概率大的状态过渡） （如果一个“宏观态”对应的“微观态”数目W（热力学几率）比较多，就说这个“宏观态”是比较无序的）熵 S，S lnW（波尔兹曼） S=klnW （普朗克）在任何自然过程中，