热力学第二定律（高中物理教学课件）完整版

04.热力学第二定律一切自然过程必须符合能量守恒定律，那么符合能量守恒定律的宏观过程是否都能发生呢？热传递现象表明热量可以自发地由高温物体传给低温物体，自发二字指的是：不需要任何第三者的介入、不会对任何第三者产生任何影响。问题：热量能从低温物体传给高温物体吗？冰箱工作的时候热量能从低温物体传给高温物体，但并不是自发的，这个过程必须有第三者的介入：必须开动冰箱的压缩机。如果不供电，冰箱的压缩机会停止工作，自发的过程则是热量从冰箱外的高温空气传向冰箱内的低温食品。扩散会自发进行，但要回到初始状态必须借助外界的帮助。在水平地面上滑动的物块，由于要克服摩擦力做功，最后要停下来。在这个过程中，物体的动能全部自发的转化成为内能。能不能看到这样的现象：水平地面上的物块，靠降低温度，把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来？

功可以自发的变成热，而热不可能自发的用来做功。以上事例共同特征：一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。一.热力学第二定律1.热力学第二定律：反映宏观自然过程的方向性的定律。2.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。即：不可能将热量从低温物体传到高温物体而不引起其它变化。①这是从热传递的方向性角度来阐述的。②自发的方向是从高温物体指向低温物体。③热量可以从低温物体传到高温物体，但是引起了“其它变化”，例如利用致冷机做功。热机：热机是指各种利用内能做功的机械。是将燃料的化学能转化成内能再转化成机械能的机器。汽油机柴油机蒸汽机蒸汽轮机喷气发动机一.热力学第二定律一.热力学第二定律从能量的角度看，热机的工作分为两个阶段：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。热机工作时从高温热库吸收的热量Q，只有一部分用来做功W，转变为机械能，另一部分热量要排放给低温热库（冷凝器或大气）。即：热机用于做功的热量一定小于它从高温热库吸收的热量，即W＜Q。热机工作时通常会产生漏气热损、散热热损和摩擦热损等热量损失。如果没有漏气和摩擦，也没有机体热量的损失，燃料产生的热量也不可能完全转化成机械能，工质吸收的热量不会全部变成功。例如，汽车排出气体的温度一定会比空气的温度高，它会向空气散热。一.热力学第二定律一.热力学第二定律3.热力学第二定律的开尔文表述：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。①这是从机械能与内能转化的方向性角度来阐述的。②自发的方向是机械能转化成内能。机械能可以全部转化为内能，而内能无法全部用来做功转换成机械能，效率达不到100%。有人就曾经设想，把地球上的海水温度降低0.1℃，放出的能量相当于1800万个核电站一年的发电量，这是不可能的。③内能可以用来做功转换成机械能，但是有“其它影响”，例如利用热机做功。克劳修斯表述：不可能将热量从低温物体传到高温物体而不引起其它变化（热量不能自发地从低温物体传到高温物体）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①克劳修斯表述和开尔文表述是等价的．②对任何一类宏观过程进行方向的说明，都可以作为热力学第二定律的表述。例如：气体向真空的自由膨胀是不可逆的。4.热力学第二定律的意义：揭示了有大量分子参与的宏观过程的方向性，是独立于热力学第一定律的一个重要自然规律．一.热力学第二定律5.第二类永动机：人们把想象中能够从单一热源吸收热量，全部用来做功而不引起其它变化叫做第二类永动机。①机械能和内能的转化过程具有方向性．尽管机械能可以全部转化为内能，内能却不能在不引起其他变化全部转化成机械能．热力学第二定律的另一种表述就是：第二类永动机不可能制成。②第一类永动机和第二类永动机都不可能制成，第一类永动机的设想违反了能量守恒定律；第二类永动机的设想虽不违反能量守恒定律，但违背了跟热现象相联系的宏观自然过程具有方向性的规律（热力学第二定律）。看一种热机设计方案是否可行，不仅要看是否遵守能量守恒定律，还要看是否满足热力学第二定律。一.热力学第二定律二.能量耗散与能源危机1.能量耗散：能源的使用转化成内能分散在环境中，使周围环境升温，分散在环境中的内能不能自动聚集起来驱动机器做功，这样的转化过程叫作“能量耗散”。2.能源：具有高品质的容易利用的储能物质，例如石油、天然气、煤等。3.能源危机：能源的使用过程中虽然能的总量保持不变，但能量的品质下降了。能源在减少所以我们要节约能源。4.能量与能源的区别：①能量是守恒的，既不会增加也不会减少。②能源是能够提供可利用能量的物质。③能的总量虽然不变，但能源在不断减少，要节约能源。阅读书本了解内容：熵与熵增加原理。例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例2.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，而不引起其它变化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，而不引起其它的变化的热机是可实现的C．致冷系统能将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气中而不引起其它变化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CAD例3.根据热力学第二定律，下列判断正确的是（）A．电流的能不可能全部变为内能B．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变为电能C．热机中，燃气内能不可能全部变为机械能D．在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温度物体．例4.如图所示文艺复兴时期意大利的达·芬奇造了一个永动机装置。他设计时认为，右边的重球比左边的重球离轮心更远些，在两边不均衡的作用下会使轮子沿箭头方向转动不息()A．这是第一类永动机B．这是第二类永动机C．它不可能成功，因为违反能的转化及守恒定律D．它不可能成功，因为违反热力学第二定律BCDAC例5.下列说法正确的是()A．在自然条件下，热传递的过程是不可逆的B．热量不可能由高温物体传递给低温物体C．气体的扩散过程具有方向性D．一切形式能量转化都不具有方向性例6.下列说法中可行的是()①将地球上所有海水的温度降低0.1℃，以放出大量内能供人类使用②制造一种机器，把物体与地面摩擦所产生的热量全部收集起来再全部加以使用③建造一只可以从海洋中提取热量的船，把热量转化为机械能，驱动螺旋桨旋转④制造一种效率为100％的热机 A.．①可行

B．①④可行C．②④可行

D．①②③④都不可行ACD例7.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，而不引起其它变化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，而不引起其它的变化的热机是可实现的C．致冷系统能将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气中而不引起其它变化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AD例8.根据热力学定律和分子动理论，可知下列说法中正确的是（）A．我们可以利用高科技手段，将流散到周围环境中的内能重新收集起来加以利用而不引起其它变化B．利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能，这在原理上是可行的C．分子间的作用力总是随分子间的距离增大而减小D．温度升高时，物体中每个分子的运动速率都将增大B例9.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(