第十章第4节热力学第二定律

第4节热力学第二定律1了解热传递、扩散现象、机械能与内能的转化等都具有方向性知道具有方向性的过程为不可逆的2了解热力学第二定律的两种表述，并能用热力学第二定律解释第二类永动机不能制造成功的原因3能用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移及方向性问题4尝试运用热力学第二定律解决一些实际问题一、热力学第二定律的一种表述1热传导的方向性一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的2克劳修斯表述德国物理学家克劳修斯在1850年提出热量不能自发地从低温物体传到高温物体热力学第二定律的克劳修斯表述，阐述的是传热的方向性11一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的2热量不会从低温物体传给高温物体3由冰箱能自发地把热量从低温物体传给高温物体提示123二、热力学第二定律的另一种表述1热机1热机工作的两个阶段第一个阶段是燃烧燃料，把燃料中的化学能变成工作物质的内能第二个阶段是工作物质对外做功，把自己的内能变成机械能2热机的效率热机输出的机械功W与燃料产生的热量Q的比值用公式表示为WQ2开尔文表述不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响该表述阐述了机械能与内能转化的方向性3热力学第二定律的其他描述1一切宏观自然过程的进行都具有方向性2气体向真空的自由膨胀是不可逆的3第二类永动机是不可能制成的4第二类永动机1定义只从单一热库吸收热量，使之完全变为功而不引起其他变化的热机2第二类永动机不可能制成的原因虽然第二类永动机不违反能量守恒定律，但大量的事实证明，在任何情况下，热机都不可能只有一个热库，热机要不断地把吸取的热量变为有用的功，就不可避免地将一部分热量传给低温热库21可以从单一热库吸收热量，使之完全变为功2第二类永动机违背了能量守恒定律3第二类永动机违背了热力学第二定律提示123知识点一对热力学第二定律的理解在热力学第二定律的表述中，“自发地”“不可能”“不产生其他影响”的涵义1“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不需借助其他物体提供能量等2关于“不可能”实际上热机或制冷机系统循环终了时，除了从单一热库吸收热量对外做功，以及热量从低温热库传到高温热库以外，过程所产生的其他一切影响，不论用任何曲折复杂的办法都不可能加以消除3“不产生其他影响”的涵义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响如吸热、放热、做功等2016永州高二检测下列说法正确的是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从单一热源吸收的热量全部变成功是可能的解析机械能可以全部转化为内能，故A错；第二类永动机不可能制造成功是因为它违背了热力学第二定律，故B错；热量不能自发地从低温物体传到高温物体，但如果不是自发地，是可以进行的，故C错；从单一热源吸收热量全部用来做功而不引起其他变化，是不可能的，但如果是从单一热源吸收热量全部变为功的同时也引起了其他的变化，是可能的，故D项对答案D对热力学第二定律理解的两个误区1误认为热量只能由高温物体传到低温物体，不能由低温物体传到高温物体热量可以由高温物体传到低温物体，也可以由低温物体传到高温物体；但是，前者可以自发完成，而后者则必须有外界参与2误认为机械能可以完全转化为内能，而内能不能完全转化为机械能机械能可以完全转化为内能，内能也可以完全转化为机械能；但是，前者可以不产生其他影响，而后者一定会产生其他影响1多选电冰箱能够不断地把热量从温度较低的冰箱内部传给温度较高的外界空气，这说明了A热量能自发地从低温物体传给高温物体B在一定条件下，热量可以从低温物体传给高温物体C热量的传递过程不具有方向性D在自发的条件下热量的传递过程具有方向性解析选BD一切自发过程都有方向性，如热传递，热量总是由高温物体自发地传向低温物体；又如扩散，气体总是自发地由密度大的地方向密度小的地方扩散如果在外界帮助下气体可以由密度小的地方向密度大的地方扩散，热量可以从低温物体传向高温物体，电冰箱就是借助外界做功把热量从低温物体冷冻食品传向高温物体周围的大气所以在解答热力学过程的方向性问题时，要区分是自发过程还是非自发过程，电冰箱内热量传递的过程是有外界参与的知识点二热力学第一定律与热力学第二定律的比较1两个定律的区别热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的具体表现形式，在转化的过程中，总的能量保持不变热力学第二定律是指在有限的时间和空间内，一切和热现象有关的物理过程具有不可逆性2两个定律的联系两定律都是热力学基本定律，分别从不同角度揭示了与热现象有关的物理过程所遵循的规律二者既相互独立，又相互补充，都是热力学的理论基础关于热力学第一定律和热力学第二定律，下列论述正确的是A热力学第一定律指出内能可以与其他形式的能相互转化，而热力学第二定律则指出内能不可能完全转化为其他形式的能，故这两条定律是相互矛盾的B内能可以全部转化为其他形式的能，只是会产生其他影响，故两条定律并不矛盾C两条定律都是有关能量的转化规律，它们不但不矛盾，而且没有本质区别D其实，能量守恒定律已经包含了热力学第一定律和热力学第二定律解析热力学第一定律揭示了内能与其他形式能量之间的转化关系，是能量守恒定律在热力学中的具体体现热力学第二定律则进一步阐明了内能与其他形式能量转化时的方向性，二者表述的角度不同，本质不同，相互补充，并不矛盾，故C、D错误，B正确内能在一定条件下可以全部转化为机械能，热量也可以由低温物体传递到高温物体，但是要引起其他变化，如电冰箱制冷机工作要消耗电能，故A错误答案B2多选关于两类永动机和热力学两大定律，下列说法正确的是A热力学第一定律和热力学第二定律是相互独立的B热力学第二定律的两种表述是等效的C由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，热传递也不一定改变内能，但同时做功和热传递一定会改变内能D由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体是可能的，从单一热库吸收热量，完全变成功也是可能的解析选ABD热力学第二定律有几种不同的表述形式，但它们是等价的，它与热力学第一定律是各自独立的，故A、B正确由热力学第一定律可知W0，Q0，但UWQ可以等于0，C错误；由热力学第二定律可知D中现象是可能的，但不引起其他变化是不可能的，D正确典型问题热机和永动机的比较1热机1热机是把内能转化成机械能的一种装置例如蒸汽机把水蒸气的内能转化为机械能；内燃机是把燃烧后的高温高压气体的内能转化为机械能2热机的工作原理工作物质从热源吸收热量Q1，推动活塞做功W，然后排出废气，同时把热量Q2散发到冷凝器中根据能量守恒有Q1WQ23热机的效率WQ1因为Q1WQ2，所以Q1W，0，U不一定大于0，即内能不一定增加，选项D错误二、多项选择题9下列哪些现象能够发生，并且不违背热力学第二定律A一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热B蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能C桶中混浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离D电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体解析选CDA、B都违背了热力学第二定律，都不能发生C中系统的势能减少了，D中消耗了电能，所以不违背热力学第二定律，均能发生10下列宏观过程能用热力学第二定律解释的是A大米和小米混合后小米能自发地填充到大米空隙中而经过一段时间大米、小米不会自动分开B将一滴红墨水滴入一杯清水中，会均匀扩散到整杯水中，经过一段时间，墨水和清水不会自动分开C冬季的夜晚，放在室外的物体随气温的降低，不会由内能自发地转化为机械能而动起来D随着节能减排措施的不断完善，最终也不会使汽车热机的效率达到100解析选BCD热力学第二定律反映的是与热现象有关的宏观过程的方向性的规律，A不属于热现象，A错误；由热力学第二定律可知B、C、D正确11如图为电冰箱的工作原理示意图，压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外下列说法正确的是A热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外B电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能C电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律D电冰箱的工作原理违反热力学第一定律解析选BC热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的转化规律，是能的转化和守恒定律的具体表现，适用于所有的热学过程，故C正确，D错误；再根据热力学第二定律，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，必须借助于其他系统做功，A错误，B正确，故选B、C12根据热力学第二定律，下列说法正确的是A电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递B空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量C科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机D对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减少，形成能源危机解析选AB热力学第二定律有两种表述第一是热量不能自发地从低温物体传到高温物体，即自发热传递具有方向性，选项A中热量从低温物体传到高温物体是电冰箱工作的结果，选项A正确；第二是不可能从单一热库吸收热量，使之完全变为功，而不产生其他影响，即第二类永动机不存在，选项B正确，选项C错误；由能量守恒定律知，能量总是守恒的，只是存在的形式不同，选项D错误13下列说法正确的是A热传导过程是有方向性的B第二类永动机不可能制成，因为它违反能量守恒定律C第二类永动机不可能制成，因为机械能和内能的转化具有方向性D热力学第二定律表明，所有的物理过程都具有方向性解析选AC根据热力学第二定律和实验事实都说明，热传导的过程是有方向性的，热量可以从高温物体自发地传给低温物体，却不能自发地由低温物体传给高温物体，所以A正确；第二类永动机是一种热机，它希望能够从单一热源吸热全部用来做功而不引起其他任何变化，这种设想并不违反能量守恒定律，但违反热力学第二定律，所以B错误，C正确；热力学第二定律指出了所有与热现象有关的宏观物理过程都具有方向性，并不是所有的物理过程都具有方向性，因此D错误故选AC14用两种不同的金属丝组成一个回路，接触点1插在热水中，接触点2插在冷水中，如图所示，电流计指针会发生偏转