高中物理 3.4 热力学第二定律同步备课课件 粤教版选修33.ppt

第三章热力学基础第四节热力学第二定律 1 了解自然界中宏观过程的方向性 2 了解热力学第二定律的两种表述方法 以及这两种表述的物理实质 3 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 4 了解热力学第二定律的微观实质 5 了解熵的意义 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1 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 是因为它涉及物理学的一个基本定律 热力学第二定律 1 自然界发生的过程一定遵守热力学第一定律 但遵守热力学第一定律的过程 能发生 因为它不能说明自然界过程进行的 热力学第二定律就是反映自然界过程进行 和 的定律 2 热传导过程中 热量会 从高温物体传递给低温物体 但人们从来没有发现热量 从低温物体传给高温物体 这说明热传导过程具有 要想使热量从低温物体传给高温物体 必须借助 不一定 方向 方向 条件 自发地 自发地 方向性 外界的作用 3 机械能和内能的转化过程具有 机械能转化为内能是可以 进行的 而相反过程不能 进行 要将内能全部转化为机械能 必然会引起 4 第二类永动机不可能制成 它是指从 吸热全部用来对外做功又不引起 把得到的内能 转化为机械能 效率达到 的热机 5 热力学第二定律常见的有两种表述 克劳修斯的表述是按照 的方向性表述的 方向性 自发 自发 其他影响 单一热源 其他变化 全部 100 热传导 开尔文的表述是按照 的方向性表述的 两种表述是 的 6 从微观看 热力学第二定律表明 与热现象有关的自发的宏观过程 总是朝着分子热运动状态 增加的方向 即熵 的方向进行的 机械能与内能转化过程 等价 无序性 增大 考点1热力学第二定律 1 热力学第二定律的概念反映自然界过程进行方向和条件的定律 2 自然过程的方向性 1 热传导 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 而低温物体不可能自发地将热量传给高温物体 要实现低温物体向高温物体传递热量 必须借助外界的帮助 因而产生其他影响或引起其他变化 2 机械能和内能的转化过程 物体在水平面上运动 因摩擦而逐渐停止下来 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 要想将内能全部转化为机械能 必然会引起其他影响 3 气体的扩散现象 两种不同的气体可以自发地进入对方 最后成为均匀的混合气体 但这种均匀的混合气体 决不会自发地分开 成为两种不同的气体 除非使用物理或化学手段 但这必然要引起其他的变化 4 气体向真空的膨胀 气体可自发地向真空容器内膨胀 但绝不可能出现气体自发地从容器中流出 使容器内变为真空 若借助于抽气机就能实现 但要引起其他变化 5 在整个自然界中 无论是有生命的还是无生命的 所有的宏观自发过程都有方向性 都是一种不可逆过程 3 第二类永动机 1 定义 从单一热源吸热全部用来做功 而不引起其他变化 把它得到的内能全部转化为机械能 热机效率达100 这种想象中的热机称为第二类永动机 2 第二类永动机不可能制成的原因尽管这类永动机不违反热力学第一定律 也不违反能量守恒定律 但由于内能全部转化为机械能不能自发地进行 所以由单一热源吸热把内能全部转化为机械能而不引起其他变化的这类永动机是不可能造成的 4 热力学第二定律 1 两种表述 克劳修斯表述 热量不能自动地从低温物体传递到高温物体 或表述为 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 即热传导的过程具有方向性 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 即机械能与内能的转化具有方向性 2 对热力学第二定律的理解 热力学第二定律的实质 揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性 如机械能可以全部转化为内能 内能却不可能全部转化为机械能而不引起其他变化 进一步揭示了各种物质运动形式的转化过程都具有方向性 告诫人们 第二类永动机不可能制成 热力学第二定律有多种表述形式 定律中几个关键词的理解 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借助其他物体提供能量等 不引起其他变化 的含义是使热量从低温物体传递到高温物体或从单一热源吸收热量全部用来做功 不须通过第三者的帮助 这里的帮助是指提供能量等方式 不可能 既包括从单一热源吸收热量全部用来对外做功 热量从低温热源传到高温热源 也包括过程产生的其他变化 即不论用任何手段都不可能消除其他变化 例1热力学定律表明自然界中进行的热现象的宏观过程 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 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 d对 a b c错 答案 d 课堂训练 1 双选 关于热传导的方向性 下列说法中正确的是 a 热量能自发地从高温物体传给低温物体b 热量能自发地从低温物体传给高温物体c 在一定条件下 热量也可从低温物体传给高温物体d 热量一定不能从低温物体传给高温物体 解析 热量可自发地从高温物体传给低温物体 但不能自发地从低温物体传给高温物体 热量要从低温物体传给高温物体 必须借助外界的作用 a正确 b错误 c正确 d错误 答案 ac 课堂训练 考点2热力学第二定律的微观实质熵 1 热力学第二定律的微观理解 1 有序和无序 确定某种规则后 符合这个规则的就是有序的 不符合这个规则和要求的分布就是无序的 无序意味着各处都一样 平均 没有差别 而有序则正好相反 有序和无序是相对的 2 热力学第二定律的微观解释 系统的热力学过程就是大量分子无序运动状态的变化 从微观看 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 但其逆过程却不能自发地进行 即不可能由大量分子无规则的热运动自发转变为有序运动 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要大于低温物体 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了 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了 所以从宏观热现象角度来看 热传导具有方向性 达到热平衡后 物体内部分子热运动剧烈程度趋向一致 原来那种分子按动能大小有序分布的状态变为所有分子相同的无序状态 因此 系统的无序性增加了 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要大于低温物体 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了 3 热力学第二定律的微观实质 与热现象有关的自发的宏观过程 总是朝着分子热运动状态无序性增加的方向进行的 2 熵 1 熵的物理意义 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 就称这个系统的熵越大 2 热力学系统中熵的变化 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 从熵的意义上来说 系统自发变化时 总是向着熵增加的方向进行 不会使熵减小 例2 双选 关于热力学第二定律的微观实质 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 而不是变成了有序 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 c d项正确 答案 cd 课堂训练 2 下列有关熵的说法中