第4章 3 宏观过程的方向性 4 热力学第二定律 5 初识熵

3.宏观过程的方向性

4.热力学第二定律

5.初识嫡

学习目标知识脉络

1.知道热传递、扩散现象、机械能与内能的转化等

都具有方向性.具有方向性的过程是不可逆的.（重

热传导的学第二定律的

点）

方向性种表述

2.理解热力学笫二定律的两种表述，并能用热力学

热

第二定律解释第二类永动机不可能制成.（难点、重力热力学第二发

学第二种表述

点）第机械能和内能

3.学会用热力学第一定律解释自然界中的能量转二转化的方向性

定第二类永动力

化、转移及方向性问题.（重点）律能制成

炳一墙增原理

4.了解嫡的概念及爆增原理，并能解释生活中的有

关现象.（难点）

宏观过程的方向性、热力学

第二定律

［先填空］

i.宏观过程的方向性

（1）热传递的方向性

①热量可以自发地由高温物体传给低温物体，或者由物体的高温部分传给低

温部分.

②热量不能自发地由低温物体传给高温物体.

③热传递是丕曳逆过程，具有方向性.

（2）扩散现象的方向性

①液体也邀现象具有方向性.

②气体向真空的自由膨胀是丕反逆的，具有方向性.

（3）机械能与内能之间的转化存在着方向性.

2.热力学第二定律的表述

(1)第一种表述(克劳修斯表述)

不可能把热量从低温物体传递到高温物体而不产生其他影响.(说明热传递

的方向性)

(2)第二种表述(开尔文表述)

不可能从单•热源吸取热量使之全部变为有用的场而不产生其他影响.(说

明机械能与内能转化的方向性)

热力学第二定律的这两种表述是笠仇的.热现象的宏观过程是丕亘逆的.

(3)第二类永动机

①定义

从单二iyg吸取热量并使之定全转化为功而不产生其他影响的机器.

②第二类永动机不可能制成

第二类永动机并不违背热力学第二定建，但违背了热力学第二定律.

③热力学第二定律的又一表述

第二类永动机是不可能制成的.

［再判断］

i.第二类永动机违背了热力学第二定律.(J)

2.科技发达后，热机的效率可以达到100%.(X)

3.机械能可以全部转化为内能，而内能不能自发的全部转化为机械能.(J)

［后思考］

请举出日常生活中的一些不可逆过程.

【提7F】(1)破镜不能,重圆.

(2)水从高山流到河谷，不可能自己再返回高山.

(3)一滴墨水滴入一杯清水中，墨水扩散均匀后，不可能再自动地凝聚成一

滴墨水.

I.对两种表述的理解

(1)热力学第二定律的两种表述看上去似乎没有什么联系，然而实际上它们

是等价的，即由其中一个，可以推导出另一个.

(2)“不产生其他影响”是指使热量从低温物体传递到高温物体时外界不消

耗任何功或从单一热源吸攻热量全部用来做功而外界及系统都不发生任何变化.

(3)克劳修斯表述是说热量小能自动地从低温物体转移到高温物体.如果外

界消耗一定量的功，把热量从低温物体转移到高温物体是完全可能的，如电冰箱

和空调机的制冷过程.

(4)开尔文表述表明了在引起其他变化或产生其他影响的条件下，热量能够

完全转化为功，如理想气体的等温自由膨胀，内能不变，吸收的热量全部转化为

功，但却引起了体积的膨胀.

2.热力学第二定律的普遍性

热力学第二定律的每一种表述都揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性，

进而使人们认识到自然界中一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性，都是不

可逆的.

3.热力学第二定律的推广

对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.例如，在图4-3-1中，盒子中间有一个挡板，左室为真空，右室有气体.撤

去挡板后，右室的气体自发向左室扩散，而相反的过程不可能自发地进行.因此,

热力学第二定律也可以表述为：气体向真空的自由膨胀是不可逆的.

图4-3-1

1.下列关于热力学第二定律的说法正确的是()

A.所有符合能量守恒定律的宏观过程都能真的发生

B.•切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的

C.机械能可以全部转化为内能，而内能无法全部用来做功以转换成机械能

而不引其他影响

D.气体向真空的自由膨胀是可逆的

E.热运动的宏观过程会有一定的方向性

【解析】热运动的宏观过程会有一定的方向性，符合能量守恒定律的宏观

过程并不能都真的发生，故A错误，E正确；根据热力学第二定律，一切与热现

象有关的宏观自然过程都是不可逆的，所以气体向真空的自由膨胀是不可逆的，

故B正确，D错误；根据热力学第二定律，不可能从单一热源吸取热使之全部

转换为有用的功而不产生其他影响，所以机械能可以全部转化为内能，而内能无

法全部用来做功以转换成机械能，故C正确.

【答案】BCE

2.根据热力学第二定律，下列说法中止确的是()

【导学号：74320192]

A.电流的电能不可能全部转变成内能

B.在火力发电中，燃气的内能不可能全部转变为电能

C.在热机中，燃气的内能不可能全部转变为机械能

D.在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体

E.热量可以从低温物体传向高温物体，而不引起其他的影响

【解析】电能可以全部转化为内能，如纯电阻电路，而燃气的内能不可能

全部转化为也能和机械能，故A错误，B、C正确；根据热力学第二定律关于热

传导的描述知，D正确，E错误.

【答案】BCD

3.下列说法中正确的是()

A.机械能全部转化为内能是不可能的

B.机械能可以全部转化为内能

C.第二类永动机不可能制造成功的原因是因为能量既不会消失，也不会创

生，只能从一个物体转移到另一个物体，或从一种形式转化为另一种形式

D.根据热力学第二定律可知，热量可能从低温物体传到高温物体

E.从单一热源吸收的热量全部变为功是可能的

【解析】机械能可以全部转化为内能，故A错误，B正确；第二类永动

机不可能制造成功是因为它违背了执力学第二定律，故C错误：热量不能自发

地从低温物体传到高温物体，但如果不是自发地，是可以进行的，故D正确；

从单一热源吸收的热量全部用来做功而不引起其他变化，是不可能的，但如果是

从单一热源吸收的热量全部变为功的同时也引起了其他的变化，是可能的，故E

正确.

【答案】BDE

理解热力学第二定律的方法

(1)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“不产生其他影响”.

(2)正确理解哪些过程不会达到100%的转化而不产生其他影响.

r知识点

［先填空］

1.有序、无序

物理学上把系统的有差异的不均匀、有规则、集中说成有序，把系统的无差

异的均匀、无规则、分散说成无序.

2.炳

(D烯的定义

用来量度系统无序程度的物理量叫做燧.

(2)端增原理

孤立系统的焙总是增加的，或者孤立系统的端总不减少.

(3)一增原理是热力学第二定律最基本的表示式.

［再判断］

1.嫡是系统内分子运动无序性的量度.(J)

2.在自然过程中炳总是增加的.(J)

3.端值越大代表越有序.(义)

［后思考］

质量相同、温度相同的水，如图4-3-2所示，分别处于固态、液态和气态三

种状态下，它们的烯的大小有什么关系？为什么？

气体液体固体

图4-3-2

【提示】质量相同、温度相同的水，可以由固态自发地向液态、气态转化.所

以，气态时的嫡最大，其次是液态，固态时的炳最小.

1.对炳的理解

(1)燧是反映系统无序程度的物理量，系统越混乱，无序程度越大，这个系

统的端就越大.

(2)在任何自然过程中，一个孤立系统的总燧不会减小，如果过程可逆，则

炳不变；如果过程不可逆，则搞增加.

2.对燧增原理的理解

(1)对于孤立的热力学系统而言，所发生的是由非平衡态向着平衡态的变化

过程，因此，总是朝着燃增加的方向进行.或者说，一个孤立系统的炳永远不会

减小.这就是燃增原理.

(2)从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律，一个孤立系统总是

从端小的状态向炳大的状态发展，焙值越大代表着越无序，所以自发的宏观过程

总是向无序程度更大的方向发展.

4.在下列叙述中，正确的是()

A.燧是物体内分子运动无序程度的量度

B.对孤立系统而言，一个自发的过程中端总是向减少的方向进行

C.热力学第二定律的微观实质是：端总是增加的

D.端值越大，表明系统内分子运动越无序

E.能量耗散说明能量在不断减小

【解析】靖是物体内分子运动无序程度的量度，系统内分子运动越无序，

端值越大，故A、D正确；对孤立系统而言，一个自发的过程中烯总是向增加的

方向进行，故B错误；根据热力学第二定律，犷散、热传递等现象与温度有关，

凡是与热现象有关的宏观过程，都具有方向性，其实质表明靖总是增加的，故C

正确；能量耗散是指能量的可利用率越来越低，但能量仍然是守恒的，故E错

误.

【答案】ACD

5.对于孤立体系中发生的实际过程，下列说法中正确的是(