热力学第二定律+高二下学期物理教科版（2019）选择性必修第三册+

第三章第三节热力学第二定律目录1自然界中宏观过程的方向性2热力学第二定律的克劳修斯表述3热力学第二定律的开尔文表述一、自然界中宏观过程的方向性情景一：一滴红色颜料滴进一杯清水，会发生什么现象？红色颜料在清水中扩散，整杯水将均匀地变红问题：水中扩散后的颜料是否可以自发地重新聚集在一起，而其余部分又变成清水？不会因为分子的扩散运动是从密度较大的区域向密度较小的区域进行并且这个过程是不可逆情景二：将一块烧红的铁块投入冷水中，会发生什么现象？铁块放热，温度降低，水吸热，温度升高；最终两者温度相同。问题：一段时间后会不会出现铁块温度升高，水的温度降低的情况？不会出现；说明热量可以自发地从高温物体传到低温物体而不可以自发地从低温物体传到高温物体一、自然界中宏观过程的方向性情景三：有一瓶棕色N02气体，一瓶无色空气，把盛有空气的瓶子倒扣在上面，把中间的玻璃片拿开，使瓶子相通，通过一段时间可以看见，什么现象？不可逆，气体的扩散现象具有方向性，这种均匀的混合气体不会自发地分开而成为两种不同的气体问题：气体的膨胀过程可逆吗？两种气体逐渐混合在一起，最后成为均匀的混合气体一、自然界中宏观过程的方向性情景四：在粗糙的水平地面，一个滑块向前滑行，经过一段时间，会发现什么现象？滑块停止运动；由于摩擦力做负功，滑块机械能转化为内能问题：经过一段时间物体能够吸收原来传递出去的热量后在地面上重新运动起来吗？不能，虽然机械能可以全部转化成内能，但这个过程是不可逆的。一、自然界中宏观过程的方向性大量事实说明：一切与热现象有关的宏观过程都是不可逆的，即：具有方向性在物理学中，反映宏观自然过程的方向性的定律就是热力学第二定律。一、自然界中宏观过程的方向性二、热力学第二定律的克劳修斯表述①热量不能自发地从低温物体传递到高温物体高温低温自发外界做功外界环境发生变化想一想电冰箱通电后箱内温度低于箱外温度，并且还会继续能降温，直到达到设定温度。显然这个是热量从低温物体传到高温物体。这一现象律是否违背了热力学第二定律？不违背，冰箱内低温食品的确向冰箱外高温空气传递热量。但这不是自发过程，有第三者介入：接入电源，压缩机消耗电能，对制冷系统做了功。切断电源冰箱压缩机停止工作，自发过程是冰箱外高温空气把热量传递个冰箱内的低温食品，这符合热力学第二定律空调充电→压缩机做功→空调制冷断电→压缩机不做功→空调停止制冷想一想高温物体低温物体可以实现但不能自发实现需要第三方介入当有第三者介入时，热量可以从低温物体传向高温物体高温热库T1Q1低温热库T2Q2制冷机做功WQ1：向高温热库放出的热量W：外界所做的功Q2：从低温热库吸收的热量制冷机工作原理Q1=Q2+W(多选)下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二定律BC

三、热力学第二定律的开尔文表述②不可能从单一热源吸收热量，使之全部变成功，而不产生其他影响机械能内能（热）全部转化（自发）转化中有其他影响（要向低温热库放热）不产生其他影响：对周围环境不产生热力学方面的影响，如吸热、放热、做功等热机工作原理(内燃机、蒸汽机、喷气发动机）高温热库T1Q1低温热库T2Q2热机对外做功WQ1：从高温热库吸收的热量W：对外界所做的功Q2：向低温热库散发的热量Q1=Q2+W1.热机的效率无法达到100%，总会有损耗<100%柴油机汽缸燃料产生的热量Q输出机械功W漏气热损散热热损摩擦热损W<Q热机工作时的能量变化2.任何热机都不可能热能（内能）全部转化成机械能如果一台热机，效率为：，热机从热源吸取的热量Q1全部变成功W，即Q2＝0，该机器唯一的结果就是从单一热源吸取热量全部变成功、而不产生其它影响。此时热机的效率η＝1(100%)，η＝1的热机称为第二类永动机。开尔文表述也可以改为：第二类永动机是不可能制造成功的第二类永动机不可能制成的原因：违背热力学第二定律下列说法正确的有()A.第二类永动机和第一类永动机一样，都违背了能量守恒定律，因此不可能制成B.根据能量守恒定律，经过不断地技术改进，热机的效率可以达到100%C.因为能量守恒，所以“能源危机”是不可能真正出现的D.自然界中的能量是守恒的，但能量有的便于利用，有的不便于利用，因此要节约能源D热力学第二定律的两种表述之间的关系（1）热量不能自发地从低温物体传到高温物体。实质：热传递的方向性（2）不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响实质：机械能与内能转化过程的方向注意：①两种表述是等价的②如果克劳修斯表达不成立，则开尔文表述也不成立。课堂小结热传递的方向性：一切与

有关的宏观自然过程都具有方向性热力学第二定律的克劳修斯表述热量不可能自发地从物体传递到物体，阐述的是热传递的1.两个不同温度物体相互接触，热量可以自发从高温物体向低温物体传递2.当有第三者介入时，热量可以从低温物体向高温物体传递

热力学第二定律的开尔文表述不可能从单一热源吸收热量，使之全部变成，而不产生其他影响。1.热机效率无法达到100%，总会有热损2.任何热机都不可能把内能全部转化机械能第二类永机不可制成，不可以制成的原因：

热力学第二定律的各种表述都是的，并可从一种表述导出另一种表述热现象低温高温方向性.功等价违背热力学第二定律[判断](对的画“√”，错的画“×”)(1)与热现象有关的宏观自然过程都是可逆的.(

)(2)热量不可能从低温物体传到高温物体.(

)(3)热机工作时，热量不可能完全转化为机械能.(

)××√(多选)下列说法正确的是()A.一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性B.一切不违背能量守恒定律的物理过程都是可以实现的C.由热力学第二定律可以判断物理过程能否自发进行D.一切物理过程都不可能自发地进行AC某校中学生参加某项活动，他们提出了下列四个设想方案，从