物理（教科版选修3-3）课件第4章345宏观过程的方向性热力学第二定律初识熵

第四章能量守恒与热力学定律3宏观过程的方向性4热力学第二定律5初识熵1．了解自然界中热传导方向性的实例．2．了解热力学第二定律的两种不同的表述，以及这两种表述的物理实质，并注意对热力学第二定律的理解和运用．3．知道熵的概念，了解熵增原理，能用熵增原理认识自然界中能量转化的方向性．一、宏观过程的方向性1．自然过程的方向性(1)热传递的方向性：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，而低温物体不可能自发地将热量传给高温物体．(2)扩散现象的方向性：两种不同的气体可以自发地进入对方，最后成为均匀的混合气体．气体的自由膨胀也是一种扩散现象，同样具有____________．方向性(3)机械能与内能转化的方向性．(4)其他过程的方向性：如燃烧过程、爆炸过程等都具有方向性．2．不可逆过程：某过程只沿某个方向发生，而不可能在没有外界影响(或不产生其他影响)的情况下沿__________方向发生．这些过程我们称之为不可逆过程．相反二、热力学第二定律1．热力学第二定律的克劳修斯表述：不可能把热量从________物体传递到________物体而不产生其他影响．2．热力学第二定律的开尔文表述：不可能从单一热源吸取热量使之全部变为____________而不产生其他影响．低温高温有用功三、初识熵1．熵的概念：表示系统的____________程度．无序性大，熵________；无序性小，熵________．2．对熵的进一步认识(1)熵是系统____________的量度．(2)熵是____________过程的共同判据．(3)熵是系统状态的函数．3．熵增原理：孤立系统的熵总是________的，或者孤立系统的熵总不________．无序性大小无序度不可逆增加减少1．热量一定不能从低温物体传到高温物体吗？提示：不一定．如电冰箱靠外界“帮助”可以把热量从低温物体传到高温物体．2．热力学第二定律表明热传导具有什么特性？提示：具有方向性，是不可逆的．探究一热力学第二定律的理解

(多选)根据热力学第二定律，下列说法正确的是(

)A．热机中燃气的内能不可能全部变成机械能B．电能不可能全部转变成内能C．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部转变成电能D．在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体解析：凡是与热现象有关的宏观热现象都具有方向性．无论采用任何设备和手段进行能量转化，总是遵循“机械能可全部转化为内能，而内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化”，故A正确．火力发电机发电时，能量转化的过程为内能→机械能→电能，因为内能→机械能的转化过程中会对外放出热量，故燃气的内能必然不能全部变为电能，C正确．热量从低温物体传递到高温物体不能自发进行，必须借助外界的帮助，结果会带来其他影响，这正是热力学第二定律第一种(克氏)表述的主要思想，故D正确．由电流热效应中的焦耳定律可知，电能可以全部转化为内能，故B错误．答案：ACD

与热现象有关的宏观物理过程具有方向性，是不可逆的，分析问题时要注意哪些过程可以“自发地”进行，哪些过程不会达到100%的转化而不产生其他影响．

1.(多选)根据热力学第二定律，可知下列说法中正确的有(

)A．热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体B．热量能够从高温物体传到低温物体，也可能从低温物体传到高温物体C．机械能可以全部转化为内能，但内能不可能全部转化为机械能D．机械能可以全部转化为内能，内能也可能全部转化为机械能解析：根据热传递的规律可知热量能够从高温物体传到低温物体；当外界对系统做功时，可以使系统从低温物体吸取热量传到高温物体上去，制冷机(如冰箱和空调)就是这样的装置．但是热量不能自发地从低温物体传到高温物体，选项A错误，B正确．一个运动的物体，克服摩擦阻力做功，最终停止；在这个过程中机械能全部转化为内能．外界条件发生变化时，内能也可以全部转化为机械能，如在等温膨胀过程中，系统吸收的热量全部转化为对外界做的功，选项C错误，D正确．答案：BD

关于永动机和热力学定律的讨论，下列叙述正确的是(

)A．第二类永动机违反能量守恒定律B．如果物体从外界吸收了热量，则物体的内能一定增加C．外界对物体做功，则物体的内能一定增加D．做功和热传递都可以改变物体的内能，但从能量转化或转移的观点来看这两种改变方式是有区别的探究二热力学第二定律的实际应用思路点拨：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，第二类永动机虽然不违背能量守恒定律，但与热力学第二定律不相符．解析：第二类永动机违反热力学第二定律，并不违反能量守恒定律，故A错．据热力学第一定律ΔU＝W＋Q知内能的变化由做功W和热传递Q两个方面共同决定，只知道做功情况或只知道传热情况无法确定内能的变化情况，故B、C项错误．做功和热传递都可改变物体内能，但做功是不同形式能的转化，而热传递是同种形式能间的转移，这两种方式是有区别的，故D正确．答案：D

热力学第一定律说明了内能变化的决定因素和计算方法，第二定律说明了热现象的方向性，要正确理解它们的确切含义．

2.关于两类永动机和热力学两个规律，下列说法正确的是(

)A．第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律B．第一类永动机不可能制成是因为违反热力学第二定律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，从单一热源吸收热量，完全变成功也是可能的解析：第一类永动机违反热力学第一定律，第二类永动机违反热力学第二定律，A、B错；由热力学第一定律可知W≠0，Q≠0，但ΔU＝W＋Q可以等于0，C错；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对．答案：D1．热力学第二定律的理解(1)热力学第二定律的实质热力学第二定律的每一种描述，都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，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．(2)热力学第二定律理解中的几个问题①单一热源：指温度均匀并且恒定不变的系统．若一系统各部分温度不相同或者温度不稳定，则构成机器的工作物质可以在不同温度的两部分之间工作，从而可以对外做功．据报道，有些国家已在研究利用海水上下温度不同来发电．②其他影响：指除了从单一热源吸收的热量，以及所做的功以外的其他一切影响；或者除了从低温物体吸收热量、高温物体得到相同的热量外，其他一切影响和变化．不是不能从单一热源吸收热量而对外做功，而是这样做的结果，一定伴随着其他变化或影响．同样，也不是热量不能从低温物体传到高温物体，而是指不产生其他影响的自动热传递是不可能的．③关于“不可能”：实际上热机或制冷机系统循环终了时，除了从单一热源吸收热量对外做功，以及热量从低温热源传到高温热源以外，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．④适用条件：只能适用于由很大数目分子所构成的系统及有限范围内的宏观过程．而不适用于少量的微观体系，也不能把它扩展到无限的宇宙．2．热力学第二定律与热力学第一定律的比较规律区别联系热力学第一定律热力学第二定律区别热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的表现，否定了