《热力学第二定律》课件

第三章热力学定律4热力学第二定律学习目标学法与考法1．理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可能制成的原因(重点)2．学会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(重点)3．学会运用热力学第二定律解决一些实际问题(难点)学法：①通过自然现象实例得出自然过程具有方向性，继而分析热量传递的方向性．②通过小组合作讨论“第二类永动机”不可能实现的原因考法：①对自然过程具有方向性理解的考查．②对热力学第二定律的两种表述实质及其关系的理解和考查．③考查热力学第二定律在实际中的应用知识导图课前·

自主预习1．热传导的方向性(1)热量可以自发地由________物体传给________物体．(2)热量不能自发地由________物体传给________物体．(3)热传导过程是有__________的．2．热力学第二定律的克劳修斯表述热量不能自发地从________物体传到________物体．即热传导的过程具有__________．热力学第二定律的克劳修斯表述高温低温低温高温方向性低温高温方向性热量能自发从高温物体传递到低温物体，也能从低温物体传递到高温物体吗？【答案】热量能从高温物体传递到低温物体，也能从低温物体传递到高温物体．(多选)关于热传导的方向性．下列说法正确的是 (

)A．热量能自发地由高温物体传给低温物体B．热量能自发地由低温物体传给高温物体C．在一定条件下，热量也可以从低温物体传给高温物体D．热量一定不可能从低温物体传给高温物体【答案】AC【解析】在有外力做功的情况下，热量可以从低温物体传递给高温物体；而在自发的条件下，热量只能从高温物体传给低温物体，故A、C正确．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________变成工作物质的________．第二个阶段是工作物质对外________，把自己的内能变成___________．(2)热机的效率：热机输出的____________与燃料产生的________的比值．用公式表示η＝________.热力学第二定律的开尔文表述化学能内能做功机械能机械功W热量Q2．开尔文表述不可能从单一热库吸收热量，使之______________，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．热力学第二定律的理解(1)一切宏观自然过程的进行都具有___________．(2)气体向真空的自由膨胀是__________的．(3)第二类永动机是不可能制成的．(4)机械能可以全部转化为内能，而内能无法全部用来做功而转化成机械能．完全变成功方向性不可逆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．(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背_______________，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，热机要不断地把吸收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．能量守恒定律科技发达后，热机的效率可以达到100%吗？【答案】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，热机的效率不可能达到100%.(多选)根据热力学第二定律，下列说法中正确的是 (

)A．不可能从单一热源吸热并把它全部用来做功，而不引起其他变化B．没有冷凝器，只有单一的热源，将从单一热源吸收的热量全部用来做功，而不引起其他变化的热机是可以实现的C．制冷系统将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气而不引起其他变化D．在火力发电中，燃气的内能不可能全部变成电能【答案】AD【解析】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，A正确；机械能和内能的转化过程具有方向性，机械能可以全部转化为内能，而内能要全部转化为机械能必须有外界的帮助，故B错误；冰箱向外传递热量时消耗了电能，故C错误；火力发电时，能量转化的过程为内能→机械能→电能，因为内能向机械能转化过程中会对外放出热量，故燃气的内能必然不会全部变为电能，故D正确．课堂·

重难探究1．对热力学第二定律的理解在热力学第二定律的表述中，正确地理解“自发地”“不产生其他影响”的确切含义是理解热力学第二定律的关键所在．(1)“自发地”过程就是不受外来干扰进行的自然过程，如重物下落、植物的开花结果等都是自然界客观存在的一些过程，它不受外界干扰．在热传递过程中，热量可以自发地从高温物体传向低温物体，却不能自发地从低温物体传向高温物体．对热力学第二定律的理解要将热量从低温物体传向高温物体，必须有“外界的影响或外界的帮助”，就是要有外界对其做功才能完成．电冰箱就是一例，它是靠电流做功的帮助把热量从低温处“搬”到高温处的．(2)“不产生其他影响”的含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．2．热力学第二定律的实质热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，进而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．3．热力学第二定律的两种表述的等价性两种表述是等价的，即一个说法是正确的，另一个说法也必然是正确的；如一个说法是错误的，另一个说法必然是不成立的．例1对热力学第二定律的理解，下列说法正确的是 (

)A．热量不能由低温物体传递到高温物体B．外界对物体做功，物体的内能必定增加C．第二类永动机不可能制成，是因为违反了能量守恒定律D．不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化【答案】D对热力学第二定律的理解【解析】根据热力学第二定律，热量不能自发地由低温物体传递到高温物体，但在一定条件下，热量可以由低温物体传递到高温物体，例如电冰箱的工作过程，故选项A错误；根据热力学第一定律，物体内能的变化取决于吸收或放出的热量和做功的正负两个因素，所以选项B错误；第二类永动机不违反能量守恒定律，而违反了热力学第二定律，选项C错误；选项D是热力学第二定律的表述形式之一，是正确的．变式1

(2022年南通调研)小华为参加电视台《异想天开》节目，提出了下列4个设想方案，从理论上讲可行的是 (

)A．制作一个装置从海水中吸收内能全部用来做功B．将屋顶盖上太阳能板，可直接用太阳能来解决照明和热水问题C．制作一种制冷设备，使温度降至绝对零度以下D．汽车尾气中各类有害气体排入大气后严重污染了空气，想办法使它们自发分离，既清洁了空气，又变废为宝【答案】B【解析】根据热力学第二定律知道，在不产生其他影响时，内能不能全部转化为机械能，因此从海水中吸收内能全部用来做功而不产生其他影响是不可能实现的，A错误；利用太阳能最有前途的领域是通过太阳能电池将太阳能直接转化为电能再加以利用，解决照明和热水问题，B正确；绝对零度是温度的极值，是不能达到的，C错误；根据热力学第二定律可知，汽车尾气中各类有害气体不能自发分离，要在排气管上安装催化转化器，D错误．理解热力学第二定律的关键理解热力学第二定律的实质，即自然界中进行的所有涉及热现象的宏观过程都具有方向性．理解的关键在于“自发”和“不引起其他变化”．1．在热力学第二定律的表述中，“自发地”“不产生其他影响”“单一热库”“不可能”的含义(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借助其他物体提供能量等．对第二类永动机的理解(2)“不产生其他影响”的含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．(3)“单一热库”：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．(4)“不可能”：实际上热机或制冷机系统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过程所产生的其他一切影响，不论用任何的办法都不可能加以消除．2．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．3．两类永动机的比较永动机第一类永动机第二类永动机设计要求不消耗任何能量，可以不断做功(或只给予很小的能量启动后，可以永远运动下去)将内能全部转化为机械能，而不引起其他变化(或只有一个热源，实现内能与机械能的转化)不可能的原因违背了能量守恒定律违背了热力学第二定律例2

(多选)关于第二类永动机，下列说法正确的是 (

)A．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，而不引起其他变化的热机叫作第二类永动机B．第二类永动机违反了能量守恒定律，所以不可能制成C．第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能却不可能全部转化为机械能D．第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能却不可能全部转化为机械能，同时不引起其他变化对第二类永动机的理解【答案】AD【解析】根据第二类永动机的定义可知选项A正确；第二类永动机不违反能量守恒定律，但是违反热力学第二定律，所以选项B错误；内能在引起其他变化时可能全部转化为机械能，选项C错误，选项D正确．变式2

(多选)如图中汽缸内盛有一定量的理想气体，汽缸壁是导热的，缸外环境保持恒温，活塞与汽缸壁的接触是光滑的，但不漏气，现将活塞杆缓慢向右移动，这样气体将等温膨胀并通过杆对外做功．若已知理想气体的内能只与温度有关，则下列说法正确的是 (

)A．气体是从单一热源吸热，全部用来对外做功，此过程违背热力学第二定律B．气体是从单一热源吸热，但并未全部用来对外做功，此过程不违背热力学第二定律C．气体是从单一热源吸热，全部用来对外做功，此过程不违背热力学第二定律D．气体是从单一热源吸热，全部用来对外做功，此过程不违背热力学第一定律【答案】CD【解析】由于气体始终通过汽缸与外界接触，外界温度不变，活塞杆与外界连接并使其缓慢地向右移动过程中，有足够时间进行热交换，气体等温膨胀，所以汽缸内的气体温度不变，内能也不变，该过程气体是从单一热源即外部环境吸收热量，即全部用来对外做功才能保证内能不变，此过程既不违背热力学第二定律，也不违背热力学第一定律，此过程由外力对活塞做功来维持，如果没有外力F对活塞做功，此过程不可能发生，C、D正确．1．热力学第一定律是能量守恒定律在热学中的一种表述形式，是从能的角度揭示不同物质运动形式相互转化的可能性．告诫人们：第一类永动机不可能制成．2．热力学第二定律揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性．如机械能可以全部转化为内能，内能却不可能全部转化为机械能而不引起其他变化，进一步揭示了各种有关热的物理过程都具有方向性．告诫人们：第二类永动机不可能制成．小练·

随堂巩固随堂检测1.(多选)下列说法正确的是(

)A.1kg的0℃的冰比1kg的0℃的水的内能小些B.第二类永动机不可能制成,说明机械能可以全部转化为内能,但内能不能全部转化为机械能C.热力学第一定律也可表述为“第一类永动机不可能制成”D.热力学第二定律可描述为“不可能使热量由低温物体传递到高温物体”答案

AC解析

1

kg的0

℃的冰熔化成1

kg的0

℃的水要吸收热量,则1

kg的0

℃的冰比1

kg的0

℃的水的内能小些,选项A正确;第二类永动机不可能制成,说明机械能可以全部转化为内能,内能却不能全部转化为机械能,同时不引起其他变化,故B错误;热力学第一定律也可表述为“第一类永动机不可能制成”,选项C正确;热力学第二定律可描述为“不可能使热量自发地由低温物体传递到高温物体”,故D错误。2.(北京通州区模拟)关于热力学定律,下列说法正确的是(

)A.功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程B.对某物体做功,必定会使该物体的内能增加C