高中物理 3.4 热力学第二定律教学课件 粤教版选修33.ppt

第四节热力学第二定律 1 通过自然界中客观过程的方向性 了解热力学第二定律 2 了解热力学第二定律的两种不同表述 以及两种表述的物理实质 3 了解什么是第二类永动机 知道为什么它不能制成 4 了解热力学第二定律的微观实质 5 了解熵是反映系统无序程度的物理量 一 热传导的方向性 两个温度不同的物体互相接触时 热量会自发地从物体传给物体 但不会自发地从物体传给物体 这说明 热传导过程是有的 热力学第二定律是一条反映自然界过程进行和的规律 高温 低温 低温 高温 方向性 方向 条件 二 机械能和内能转化过程的方向性 机械能和内能转化过程具有性 即机械能全部转化为内能的过程是可以进行的 内能全部转化为机械能的过程 是不能进行的 要将内能全部转化为机械能 必然会引起其他影响 第二类永动机 1 定义从吸热全部用来 而不引起其他变化的热机 2 第二类永动机不可能制成原因是它违背了定律 方向 自发 自发 单一热源 做功 热力学第二 三 热力学第二定律的表述 第一种表述 克劳修斯表述 热量不能从低温物体传递到高温物体 按照热传导的方向性来表述的 第二种表述 开尔文表述 不可能从吸收热量并把它全部用来 而不引起其他变化 按照机械能与内能转化过程的方向性来表述的 热力学第二定律的这两种表述是的 热现象的宏观过程都具有 自然界中一切与有关的自然过程都具有方向性 自发地 单一热源 做功 等价 方向性 热现象 思考 热传导的方向性能否简单理解为 热量不会从低温物体传给高温物体 答案 不能 自发地 是指没有第三者影响 例如空调 冰箱等制冷机就是把热量从低温物体传到了高温物体 但是也产生了影响 即外界做了功 四 热力学第二定律的微观实质 做功是与分子群体的运动联系在一起的 内能是和分子的运动联系在一起的 机械能转化为内能的过程 从微观上来说 是大量分子的运动朝运动的方向转换的过程 其相反方向的过程是大量分子从运动朝运动方向转换的过程 热传导过程是使物体内部分子的热运动由比较的状态向的状态转化的过程 有序 无序 有序 无序 无序 有序 有序 无序 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增加的方向进行的 五 熵意义 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 无序性 越大 例1 下列说法不正确的是 a 热量能自发地从高温物体传给低温物体b 热量不能从低温物体传到高温物体c 热传递是有方向性的d 气体向真空中膨胀的过程是有方向性的 热传递的方向性 解析如果是自发地进行 热量只能从高温物体传到低温物体 但这并不是说热量不能从低温物体传到高温物体 只是不能自发地进行 在外界条件的帮助下 热量也能从低温物体传到高温物体 a c对 b错 气体向真空中膨胀的过程也是不可逆 具有方向性的 d对 答案b借题发挥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 使高温物体的温度降低 低温物体的温度升高 这个过程是自发进行的 不需要任何外界的影响或者帮助 有时我们也能实现热量从低温物体传给高温物体 如电冰箱 但这不是自发地进行的 需要消耗电能 其实自然界中所有的热现象都是具有单向性的 变式1 下列哪个过程具有方向性 热传导过程 机械能向内能的转化过程 气体的扩散过程 气体向真空中的膨胀a b c d 解析这四个过程都是与热现象有关的宏观过程 根据热力学第二定律可知 它们都是不可逆的 具有方向性 答案d 例2 双选 根据热力学第二定律可知 下列说法中正确的是 a 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b 没有冷凝器 只有单一的热源 能将从单一热源吸收的热量全部用来做功 而不引起其他变化的热机是可以实现的c 制冷系统将冰箱里的热量传到外界较高温度的空气中 而不引起其他变化d 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 热力学第二定律 解析热力学第二定律揭示了与热现象有关的物理过程的方向性 机械能和内能的转化过程具有方向性 机械能可以全部转化为内能 而内能要全部转化为机械能必须借助外部的帮助 即会引起其他变化 a选项正确 b选项错误 热传递过程也具有方向性 热量能自发地从高温物体传给低温物体 但是热量要从低温物体传到高温物体 必然要引起其他变化 外界对系统做功 故c选项错误 d选项正确 答案ad借题发挥 1 一切物理过程均遵守能量转化与守恒定律 但遵守能量守恒的物理过程不一定均能实现 2 热力学第二定律的关键在于 自发性 和 方向性 变式2 下列说法正确的是 a 机械能全部变成内能是不可能的b 第二类永动机不可能制造成功的原因是因为能量既不会凭空产生 也不会凭空消失 只能从一个物体转移到另一个物体 或从一种形式转化成另一种形式c 根据热力学第二定律可知 热量不可能从低温物体传到高温物体d 从单一热库吸收的热量全部变成功是可能的 解析机械能可以完全转化为内能 摩擦生热就是个例子 a错误 所谓的第二类永动机是违背热力学第二定律的机器 但不违背能量的转化与守恒定律 b错误 采取其他措施可以把热量从低温物体传到高温物体 如空调机 通过做功将热量从低温物体传到高温物体 c选项错误 热力学第二定律的表述是 不可能从单一热源吸收热量 使之完全变为有用的功而不产生其他影响 例如 理想气体的等温膨胀 理想气体可以把吸收的热量全部用来做功 但是却产生了其他影响 即理想气体的体积膨胀了 d选项正确 答案d 例3 第二类永动机不可能制成的原因是 a 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而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 但是违背了热力学第二定律 所以不可能制成 答案d借题发挥凡是与热现象有关的宏观过程都具有方向性 机械能可全部转化成内能 而内能不能全部转化成机械能 而不引起其他变化 第二类永动机是不可能制成的 变式3 我们绝不会看到 一个放在水平地面上的物体 靠降低温度可以把内能自发地转化为机械能 使这个物体运动起来 其原因是 a 违反了能量守恒定律b 在任何条件下热能都不可能转化成机械能 只有机械能才能转化成热能c 机械能和内能的转化过程具有方向性 内能转化成机械能是有条件的d 以上说法均不正确 解析热力学第二定律的每一种表述 都揭示了大量分子参与的宏观过程的不可逆性 使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性 答案c 例4 双选 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 热力学第二定律的微观意义 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 故选c d 答案cd 借题发挥解此类题目要理解好有序和无序 确定某种规则 符合这个规则的就是有序的 不符合确定的规则和要求的分布是无序的 无序意味着各处平均没有差别 而有序则相反 是按照某种规则排列的 有序与无序是相对的 变式4 双选 关于孤立体系中发生的实际过程 下列说法中正确的是 a 系统的总熵只能增大