4　热力学第二定律 (2)

1、4、热力学第二定律,第十章 热力学定律,铁块的温度降低，水的温度升高，最终两者温度相同。,1、热传导具有方向性,将一块烧红的铁块投入冷水中，会发生什么现象？,热量从高温物体自发地传给低温度物体,“自发地”指没有任何外界帮助。,能不能将散失到水中的热量自发地聚集起来，使水的温度降低，铁块温度升高而变热？,热量不会自发地从低温物体传给高温物体,不自发地：没有外界帮助的情况下不能自动进行。,要将热量从低温物体传向高温物体，必须有外界对其做功才能完成。,电冰箱内部温度比外部低，为什么致冷系统还能够不断地把冰箱内热量传给外界空气？,因为电冰箱消耗电能，对致冷系统做功。一旦切断电源，电冰箱就不能把其内部热

2、量传给外界空气。相反，外界热量会自发地传给电冰箱，使其温度逐渐升高。,热传导过程是有方向性的，这个过程可以向一个方向自发地进行（热量从高温物体自发地传给低温物体）但是向相反的方向却不能自发地进行（热量不会自发地从低温物体传给高温物体)。要实现相反方向的过程，必须借助外界的帮助才能进行。,2、气体扩散具有方向性：,两个连通的容器A、B，A中装有气体，B是真空，打开它们中间阀门，A中气体自动地进入B，达到平衡，如果让A、B恢复成原状，必须借助抽气机来完成，说明需要其它机械做功。,演示,3、机械能和内能转化具有方向性：,一辆汽车在水平地面上滑行，克服摩擦力做功，最后停下来，物体动能转化内能，使汽车和

3、地面温度升高。能不能看到这样现象：降低温度，将散失到空气中的热量自发地聚集起来，把内能转化动能，使汽车运动起来。,热传导具有方向性、气体扩散具有方向性、机械能和内能转化具有方向性，这些过程可以自发地向一个方向进行（如热量从高温物体自发地传给低温物体）但相反的过程，即使不违背能量守恒定律，也不能自发地进行（如热量不会自发地从低温物体传给高温物体)。要实现相反方向的过程，必须借助外界的帮助才能进行。,热量不能自发地从低温物体传到高温物体。这是热力学第二定律的克劳修斯表述。,一、热力学第二定律的一种表述,如果允许“其它变化”，例如利用致冷机做功，热量可以从低温物体传到高温物体上，而致冷机做功就属于“

4、其它变化”。,1、热力学第二定律的克劳修斯表述理解：,克劳修斯表述实质是“在不引起其它变化的条件下，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体。”即热传递过程是不可逆的。,2、能量耗散：,流散的内能无法重新收集起来加以利用的现象叫做能量耗散,3、能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程具有方向性。,思考讨论下列问题：,违背能量守恒定律,热机是一种把内能转化成机械能的装置,3、热机的效率能否达到100%？,热机的效率不能达到100%,1、前面我们学习了第一类永动机，不能制成的原因是什么？,2、热机是一种把什么能转化成什么能的装置？,以内燃机为例：,气缸中的气体得到燃烧时产生的热量Q1，推动活塞

5、做工为W，然后排出废气，同时把热量Q2散发到大气中。,由能量守恒定律可知： Q1 = W + Q2,热机做功W和它从热源吸收热量Q1比值叫热机效率，用表示，=W / Q1,机械能可以全部转化内能，没有借助外界的帮助，内能却不能全部转化机械能。,二、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，使之完全变成功,而不产生其他影响。,第二类永动机不可能制成,从单一热源吸收热量，全部用来做功而不引起其他变化的热机叫做第二类永动机。,1、第二类永动机：,2、热力学第二定律的开尔文表述理解：,开尔文表述否定第二类永动机的可能性。,第二类永动机虽然不违背热力学第一定律，但它违背了热力学第二定律的开尔

6、文表述。,开尔文表述强调 “在不产生其他影响的条件下，热不能全部变为功。”如果允许“其他影响”发生，热可以全部变为功。例如气缸中理想气体作等温膨胀时，气体从恒温热源吸收热量，全部用来对外做功。但气体“体积和压强”发生变化，它不能循环动作返回原状态。,3、热力学第二定律的两种表述,不可能将热量从低温物体传到高温物体而不引起其它变化（即热量不会自动地从低温物体传到高温物体）。,1、克劳修斯表述：,不可能从单一热源吸取热量并使它完全变为有用的功而不引起其它变化。 (第二类永动机是不可能制成的),2、开尔文表述：,4、两类永动机的比较,第一类永动机,不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器,违背

7、能量守恒定律，不可能制成。,第二类永动机,从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响的机器,不违背能量守恒定律，但违背热力学第二定律，不可能制成,例1、下列说法正确的是() A、机械能全部变成内能是不可能的 B、第二类永动机不可能制造成功的原因是违背能量守恒定律 C、根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体 D、从单一热源吸收热量全部变成功是可能,D,在产生其他影响的情况下，热量可以从低温物体传给高温物体。,在产生其他影响的情况下，可以从单一热源吸收热量全部变成功,例2、根据热力学第二定律，下列判断正确的是（ ） A、电能不可能全部变为内能 B、在火力发电机中，燃气的

8、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,根据热力学第二定律可知，凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，电流能可全部变为内能，而内能不可能全部变成电流的能。机械能可全部变为内能，而内能不可能全部变成机械能，在热传导中，热量只能自发地从高温物体传递给低温物体，而不能自发地从低温物体传递给高温物体，所以选项B、C、D正确,例3、第二类永动机不能制成，因为（ ） A、 违背了能量守恒定律 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、内能不能全部转化机械能，同时不引起其他变化。,D

9、,例4、如图，达芬奇造的一个永动机装置。右边重球比左边重球离轮心更远，在两边不均衡作用下会使轮子沿箭头方向转动不息 ( ) A、它不可能成功，因为违反能量守恒定律 B、它不可能成功，因为违反热力学第二定律 C、这是第一类永动机 D、这是第二类永动机,AC,AD,例5、根据热力学第二定律，可知下列说法中正确的是（ ） A、不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其它变化 B、没有冷凝器，只有单一热源，能从单一热源吸收热量全部用来做功，而不引起其它变化的热机是可实现的 C、致冷系统能将冰箱里热量传给外界较高温度空气中而不引起其它变化 D、不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化,BD,例6、用两种不同金属丝组成一个回路，触点1插在热水中，触点2插在冷水中，如图，电流表指针发生偏转，这就是温差发电现象。下列有关温差发电现象说法，正确的是（ ） A、实验符合能量守恒定律，违背热力学第二定律 B、实验中有部分内能转化为电路的电能 C、实验中热水温度降低，冷水温度不变 D、实验中热水温度降低，冷水温度升高,例7、地球上海水总质量约为1.41018t，如果这些海水温度降低0.1 ，放出5.81023J的热量，有人曾设想利用海水放出热量使它完全变成机械能来解决能源危机，但这种机器是不能制成的，其原因是() A、内能不能转化成机械能 B、内能转化机械能