4　热力学第二定律 (3)

第十章热力学定律,第4节热力学第二定律,思考,在地球上海水贮存量十分丰富,若已知海水总质量约达1.41018吨，当它的温度降低0.1时，放出多少热量？,又假设某个核电站为100万kw，则这些热量相当于多少个这样的电站一年的发电量,Q=Cmt=4.21031.410180.1=5.81023J,核电站一年的发电量,分析：海水释放的热量,Q=Pt=106103365243600=3.151016J,等量的核电站个数,n=Q/Q=(5.81023J)/(3.151016J)=1.8107=1800万,思考,既然海水能释放出这么多的能量，为什么人们不去研究利用这种新能源呢？,问题一：将一块烧红的铁块投入冷水中，会发生什么现象？,铁块的温度降低，水的温度升高，最终两者温度相同,思考：将烧红的铁块投入水中，结果会不会铁块温度更高，水的温度更低？,问题二：电冰箱的内部温度比外部温度低，为什么致冷系统还能不断地把箱内热量传给外界的空气？,因为电冰箱消耗了电能，对制冷系统做了功，一旦切断电源，电冰箱就不能把其内部的热量传给外界的空气了相反，外界的热量会自发地传给电冰箱，使其温度逐渐升高,贮藏的食品,大气,电冰箱制冷系统,做功,热传导的过程是有方向性的，这个过程可以向一个方向自发地进行，但是向相反的方向却不能自发地进行.要实现相反方向的过程，必须借助外界的帮助，因而产生其它影响或引起其它变化.,热传导的方向性,点击下图观看视频,思考会不会有这样的现象：均匀混合的空气与溴气过一段时间会自发地变的界线分明？,气体扩散具有方向性,气体扩散具有方向性,动画：气体扩散的方向性,一辆汽车在水平地面上滑行，由于克服摩擦力做功，最后要停下来.在这个过程中，物体的动能转化成为内能，使物体和地面的温度升高.,2020/5/8,13,降温,我们能不能看到这样的现象：一辆汽车靠降低温度，可以把内能自发地转化为动能，使汽车运动起来,有人提出这样一种设想，发明一种热机，用它把物体与地面摩擦所生的热量都吸收过来并对物体做功，将内能全部转化为动能，使因摩擦停止运动的物体在地面上重新运动起来，而不引起其它变化,机械能和内能的转化过程具有方向性,机械能内能,机械能内能,点击下图观看视频,思考：有没有这样的“逆过程”：从瓶中冲出去的气体又自动回到瓶中，瓶中气体的压强达到了将瓶塞冲开时的压强.,气体膨胀具有方向性,一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的.,在物理学中，反映宏观自然过程的方向性的定律就是热力学第二定律（secondlawofthermodynamics).,共同特征：,热力学第二定律的克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体.,一、热力学第二定律的一种表述克劳修斯表述,(1)克劳修斯表述中强调了“在不引起其它的变化的条件下，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体.”(2)如果允许“其它变化”，例如利用致冷机做功，热量可以从低温物体传到高温物体上，而致冷机做功就属于“其它变化”.,(3)如果设想克劳修斯表述不成立，即在无任何外界做功的情况下，热量就能从低温热源传向高温热源.按此设想就可制成一种无功致冷机，如图所示，它无需消耗功就能致冷.克劳修斯表述否定了这种可能性.,说明：,热机是一种把内能转化为机械能的装置,二、热力学第二定律的另一种表述,热机效率=W/Q1,排出废气，同时把热量Q2散发到大气中.,气缸中的气体得到燃料燃烧时产生的热量Q1,推动活塞做功W,Q1=W+Q2,热源,冷凝器,热机,做功,冷凝器,第二类永动机不可能制成,热力学第二定律,不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其它变化.,热力学第二定律的开尔文表述：,一、不可能从单一热库吸收，使之完全变成功，而不产生其他影响.,二、第二类永动机不可能制成,1、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,1、按热传递的方向性来表述,2、是按机械能与内能转化过程的方向来表述.,两种表述的实质,2、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.,三、热力学第二定律两种表述的比较,任何一类宏观自然过程进行方向的说明都可以作为热力学第二定律的表述.,1下列说法中，正确的是()A一切形式的能量间的相互转化都具有方向性B热量不可能由低温物体传给高温物体C气体的扩散过程具有方向性D一切形式的能量间的相互转化都不具有可逆性,热力学第二定律反映的所有与热现象有关的宏观过程都具有方向性,在产生其他影响的情况下，热量可以从低温物体传给高温物体,例如冰箱.,C,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从单一热源吸收的热量全部变成功是可能的,机械