4　热力学第二定律

1、第四节热力学第二定律,热力学第二定律,4,思考与讨论,根据能量守恒定律，在自然界发生的一切过程中能量都是守恒的。那么符合能量守恒的宏观过程是否都能发生呢？,1.把刚煮好的热鸡蛋放在冷水杯中，过一会儿，鸡蛋的温度降低，水的温度升高，最后水和鸡蛋的温度相同。,热力学第二定律,4,思考与讨论,根据能量守恒定律，在自然界发生的一切过程中能量都是守恒的。那么符合能量守恒的宏观过程是否都能发生呢？,是否可能发生这样的现象：原来温度相同的水和鸡蛋，过一会儿水的温度自发的降低而鸡蛋的温度上升，生蛋变成了熟蛋？,热力学第二定律,4,思考与讨论,2.一滴红墨水滴进一杯清水中，不久整杯水都均匀地变红了。有没有这样的

2、“逆过程”：这杯均匀红水中的小炭粒又自发的聚在一起，成为一滴红墨水，而其余部分又变成了清水？,热力学第二定律,4,思考与讨论,3.在平地上滑动的木块克服摩擦力做功，其动能转化为内能，最终停了下来，同时木块，地面及周围空气的温度略有上升。会不会有这样的现象：静止的木块和地面周围的空气自发的降低温度释放内能，并将释放的内能全部转化为动能，让木块又滑动起来？,热力学第二定律,4,思考与讨论,4.装着压缩气体的钢瓶，打开阀门后会听到“哧”一声，气体喷到外面，会不会有这样的现象：外面的气体自发的进入钢瓶，使瓶内的压强变大？,热力学第二定律,4,思考与讨论,5.如图所示,上面瓶中装有空气,下面瓶中装有二氧

3、化氮,抽去隔板,下面瓶中装有二氧化氮气会自发地向上面瓶中膨胀,最后两个容器都充满二氧化氮。会不会出现这样的现象：二氧化氮自发地从上面瓶中流回下面瓶中,最后使上下瓶恢复成原状?,一、热力学第二定律,能量守恒定律告诉我们，在自然界发生的一切过程中能量都是守恒的，一个导致能量创生或能量消灭的过程是不可能出现的。然而，并不是所有符合能量守恒定律的宏观过程都能真的发生。,无数事实告诉我们，只要涉及热现象，都有特定的方向性。这些过程可以自发地朝某个方向进行，例如：上面提到的现象，而相反的过程，即使不违背能量守恒，也不可能自发地进行。,一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。,热力学第二定律：一切与热现

4、象有关的宏观过程都是自发地进行不可逆的。,二、热力学第二定律的一种表述,热传导的过程具有方向性：热量会自动地从高温物体传给低温度物体。但是，向相反的方向不会自发地进行，只有借助外界的帮助才能发生。,热力学第二定律的一种表述（克劳修斯表述）：,热量不能自发地从低温物体传到高温物体。,说明：,1.克劳修斯表述中强调了“自发”二字，指不需要外界的影响和帮助，热量可自发地从高温物体传到低温物体。,2.冰箱把热量从低温物体传到了高温物体上，是利用致冷机做功，热量可以从低温物体传到高温物体上，但是得到了外界的影响和帮助，消耗了电能。,二、热力学第二定律的一种表述,3.如果设想克劳修斯表述不成立，即在无任何

5、外界做功的情况下，热量就能从低温热源传向高温热源。按此设想就可制成一种无功致冷机，如图所示，它无需消耗功就能致冷。克劳修斯表述否定了这种可能性。,热力学第二定律的一种表述就是：第二类永动机不可能制成。,思考与讨论,地球上海水的总质量达1.41021 kg，如果制造一种机器，把这些海水的温度降低1，放出的热量就达5.81023 J，足够全世界使用4000年。这个假想不违背能量守恒定律，但是不能实现，所以这类机器叫做第二类永动机。,三、热力学第二定律的另一种表述,1.热机：是一种把内能转化为机械能的装置。,3.效率： 由能量守恒定律知道 Q = W +Q2 热机的效率=W/Q,2.原理：燃料燃烧产

6、生热量 Q（高温热源）,推动活塞对外做功 W,排出废气向外界（低温热源）放热 Q2,热机的效率小于100%，就不可能把从高温热源吸收的热量全部转化为机械能，总有一部分热量散发到冷凝器中。,三、热力学第二定律的另一种表述,机械能和内能转化具有方向性。,机械能可以全部自发地转化为内能，但内能不可能全部自发地转化机械能。,热力学第二定律的另一种表述（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。,说明：,开尔文表述中强调了“不产生其他影响” ，指不需要外界的影响和帮助， 热不能全部变为功。,三、热力学第二定律的另一种表述,例如：一个在水平地面上运动的物体，由于克服摩擦力

7、做功，最后停下来。物体的动能转化为内能，使物体和地面的温度升高。,思考：能否将一个放在水平地面上的物体，靠降低温度，而使内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来?,或者能不能发明这样的一个机器：用它把物体与地面摩擦所产生的热量都吸收过来，并对物体做功，将内能全部都转化为动能，使因摩擦停止运动的物体在地面上重新运动起来，而不引起其他变化。,四、例题讲解,A、热量只能从高温物体传递给低温物体，反之不能。B、热量能自发地从高温物体传递给低温物体C、热传导是有方向性的D、机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化为机械能而不引起其他变化,以下说法正确的是（ ）,BCD,四、例题讲解,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,BCD,四、例题讲解,第二类永动机不可以制成，是因为（ ） 违背了能量的守恒定律 B热量总是从高温物体传递到低温物体 C机械能不能全部转变为内能 D内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化,D,小 结,1.一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。,2.热力学第二定律：一切与热现象有关的宏观过程都是自发地进行并不可逆的。,3.从热传