2018-2019学年高中物理 第十章 热力学定律 第5节 热力学第二定律的微观解释 第6节 能源和可持续发展课件 新人教版选修3-3.ppt

第5节热力学第二定律的微观解释第6节能源和可持续发展,学习目标1了解热力学第二定律的微观意义。2知道能量耗散，理解能量耗散会导致能量品质的降低。3知道能源利用与环境污染。4了解能源开发与环境保护。,一、热力学第二定律的微观解释1有序、无序：一个系统的个体按确定的某种规则，有顺序地排列即_；个体分布没有确定的要求，“怎样分布都可以”即_。2宏观态、微观态：系统的_状态即宏观态，系统内个体的_状态即微观态。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_的方向进行。,有序,无序,宏观,不同分布,增大,4熵及熵增加原理(1)熵：表达式S_，k表示玻耳兹曼常量，表示一个宏观状态所对应的微观状态的数目。S表示系统内分子运动_的量度，称为熵。(2)熵增加原理：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵_。自主思考判一判(1)熵值越大代表着越有序。()(2)一个宏观态所对应的微观态数目越多，则熵越大。()(3)孤立系统的总熵可能增大，也可能减小。(),Kln,无序性,不会减小,二、能源和可持续发展1能量耗散和品质降低(1)能量耗散：有序度较高(集中度较高)的能量转化为_，成为更加分散因而也是无序度更大的能量，分散到环境中无法重新收集起来加以利用的现象。(2)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_、全额发生的。,内能,自动发生,(3)能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的自发变化过程具有_。(4)能量耗散虽然不会导致能量总量的减少却会导致能量品质的_，实际上是将能量从高度有用的高品质形式降级为不大可用的低品质形式。2能源和环境,方向性,降低,自主思考想一想既然能量是守恒的，我们为什么还要节约能源？答案能量是守恒的，但能量耗散却导致能量品质的降低，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能量。,如图1051所示，将一滴红墨水滴入一杯清水中，红墨水会逐渐扩散到整杯水中，呈均匀分布状态，这个过程中熵的变化情况怎样？提示在这个过程中系统的熵增加。扩散前，红墨水和清水区分分明，较有序；后来，整杯水的颜色变得均匀后，打破了原来的有序分布，无序程度增大。因此，扩散后系统的熵增加。,图1051,考点一对热力学第二定律微观意义的理解1对熵的理解(1)熵是反映系统无序程度的物理量，正如温度反映物体内分子平均动能大小一样，系统越混乱，无序程度越大，这个系统的熵就越大。(2)从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律，一个孤立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程度更大的方向发展。,(3)对于绝热或孤立的热力学系统而言，所发生的是由非平衡态向着平衡态的变化过程，因此，总是朝着熵增加的方向进行。或者说，一个孤立系统的熵永远不会减小，这就是熵增加原理。(4)在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小，如果过程可逆，则熵不变；如果过程不可逆，则熵增加。温馨提醒熵增加原理的适用对象是对于孤立系统，如果是非孤立系统，熵有可能减少。,2对热力学第二定律微观意义的理解(1)热力学第二定律的微观解释：高温物体和低温物体中的分子都在做无规则的热运动，但是高温物体中分子热运动的平均速率较大，所以在高温物体分子与低温物体分子的碰撞过程中，低温物体分子运动的剧烈程度会逐渐加剧，即低温物体的温度升高。而高温物体分子运动的剧烈程度会减缓，即高温物体的温度降低。所以从宏观热现象角度来看，热传递具有方向性，总是从高温物体传给低温物体。换一种角度看，初始我们根据温度的高低来区分两个物体，而最终状态是两个物体上的温度处处相同，无法区别，我们就说系统的无序程度增加了。,同理可知，在通过做功使系统内能增加的过程中，自然过程是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化的过程。(2)热力学第二定律的微观意义：热力学第二定律揭示了涉及热现象的一切宏观自然过程都只能在一个方向上发生，而不会可逆地在相反的方向上出现，它指出在能量得以平衡的众多过程中，哪些可能发生，哪些不可能发生。自然界涉及热现象的一切宏观过程都是不可逆的，宏观自发过程的这种方向性(熵增加的方向)，也就成为时间的方向性。所以，熵又被称为“时间箭头”。,例1(多选)关于热力学第二定律的微观意义，下列说法正确的是A大量分子无规则的热运动能够自动转变为有序运动B热传递的自然过程是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化的过程C.热传递的自然过程是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的运动状态转化的过程D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,【解析】分子热运动是大量分子的无规则运动，系统的一个宏观过程包含着大量的微观状态，这是一个无序的运动，根据熵增加原理，热运动的结果只能使分子热运动更加无序，而不是变成了无序，热传递的自然过程从微观上讲就是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的运动状态转化的过程，故选项C、D正确。【答案】CD,名师点拨热力学第二定律的微观解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。系统自发变化时，总是向着无序程度增加的方向发展，至少无序程度不会减少。也就是说，系统自发变化时，总是由热力学概率小的状态向热力学概率大的状态进行。,1(多选)下列关于气体在真空中的扩散规律的叙述正确的是A气体分子数越小，扩散到真空中的分子全部回到原状态的可能性越大B气体分子数越大，扩散到真空中的分子全部回到原状态的可能性越大C扩散到真空容器中的分子在整个容器中分布越均匀，其宏观态对应的微观态数目越大D气体向真空中扩散时，总是向着分子热运动的无序性增大的方向进行,解析由热力学第二定律的微观解释“一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大方向进行”和熵的概念可知，A、C、D正确。答案ACD,2(多选)下面关于熵的说法正确的是A熵是物体内分子运动无序程度的量度B在孤立系统中，一个自发的过程熵总是向减少的方向进行C热力学第二定律的微观实质是熵是增加的D熵值越大，代表系统分子运动越无序,解析熵是系统内分子运动无序性的量度，熵越大，其无序性越大，A项正确。不可逆绝热过程中，其宏观态对应的微观态数目增加，其熵会增加，不会减小，B项错误。热力学第二定律中，热量只能自发地从高温物体传导低温物体实质就是熵增加的过程，C项正确；熵指的是体系的混乱的程度，熵值越大，代表系统分子运动越无序，D项正确。答案ACD,考点二能源、和可持续发展1对“能量耗散和品质降低”的理解(1)各种形式的能最终都转化成内能，流散到周围的环境中，分散在环境中的内能不管数量多么巨大，它也不过只能使地球、大气稍稍变暖一点，却再也不能驱动机器做功了。(2)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，能量耗散虽然不会导致能量的总量减少，却会导致能量品质的降低，实际上是将能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式。(3)能量耗散导致可利用能源减少，所以要节约能源。,2能源的分类,3.能源的开发与利用关系图,例2(多选)下列关于能量耗散的说法正确的是A能量耗散使能的总量减少，违背了能量守恒定律B能量耗散是指耗散在环境中的内能再也不能被人类利用C各种形式的能量向内能的转化，是能够自动全额发生的D能量耗散导致能量品质的降低,【解析】能量耗散是能量在转化的过程中有一部分以内能的形式被周围环境吸收，遵守能量守恒定律，但使得能量品质降低，故选项A错误，选项D正确；耗散的内能无法再被利用，选项B正确；其他形式的能在一定的条件下可以全部转化为内能，但相反过程却不能够全额进行，选项C正确。故选B、C、D。【答案】BCD,名师点拨能量耗散不仅遵循能量守恒定律，而且从能量的角度反映出自然界的宏观过程具有方向性。,3(多选)下面关于能源的说法正确的是A一切能源是取之不尽、用之不竭的B能源是有限的，特别是常规能源，如煤、石油、天然气等C大量消耗常规能源会使环境恶化，故提倡开发利用新能源D核能的利用对环境的影响比燃烧石油、煤炭大,解析尽管能量守恒，但耗散的内能无法重新收集利用，所以能源是有限的，特别是常规能源，A错误，B正确；常规能源的利用比核能的利用对环境的影响大，C正确，D错误。答案BC,4(多选)下列对能量耗散的理解正确的有A能量耗散说明能量在不断地减少B能量耗散不违背能量守恒定律C