4　热力学第二定律

1、第四节 热力学第二定律,2020/8/28,1,复习 1、热力学第一定律 2、能量守恒定律,思考：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？,2020/8/28,SMH制作,2,将一块烧红的铁块投入冷水中，会发生什么现象？,铁块的温度降低，水的温度升高，最终两者温度相同,2020/8/28,SMH制作,3,将烧红的铁块投入水中，结果会不会铁块温度更高，水的温度更低？,2020/8/28,SMH制作,4,电冰箱的内部温度比外部温度低，为什么致冷系统还能不断地把箱内热量传给外界的空气？,2020/8/28,SMH制作,5,因为电冰箱消耗了电

2、能，对制冷系统做了功，一旦切断电源，电冰箱就不能把其内部的热量传给外界的空气了相反，外界的热量会自发地传给电冰箱，使其温度逐渐升高,2020/8/28,SMH制作,6,贮藏的食品,大气,电冰箱制冷系统,做功,2020/8/28,SMH制作,7,热传导的过程是有方向性的，这个过程可以向一个方向自发地进行，但是向相反的方向却不能自发地进行。 要实现相反方向的过程，必须借助外界的帮助，因而产生其它影响或引起其它变化。,热传导的方向性,2020/8/28,SMH制作,8,点击下图观看视频,思考 会不会有这样的现象：均匀混合的空气与溴气过一段时间会自发地变的界线分明 ？,气体扩散具有方向性,2020/8

3、/28,SMH制作,9,气体扩散具有方向性,动画：气体扩散的方向性,2020/8/28,SMH制作,10,一个在水平地面上运动的物体，由于克服摩擦力做功，最后要停下来。在这个过程中，物体的动能转化成为内能，使物体和地面的温度升高。,2020/8/28,SMH制作,11,我们能不能看到这样的现象：一个放在水平地面上的物体，靠降低温度，可以把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来,2020/8/28,SMH制作,12,有人提出这样一种设想，发明一种热机，用它把物体与地面摩擦所生的热量都吸收过来并对物体做功，将内能全部转化为动能，使因摩擦停止运动的物体在地面上重新运动起来，而不引起其它变化,202

4、0/8/28,SMH制作,13,热机是一种把内能转化为机械能的装置,气缸中的气体得到燃料燃烧时产生的热量Q1 推动活塞做功W 排出废气，同时把热量Q2散发到大气中。 Q1=W+Q2 热机效率=W/Q1,2020/8/28,SMH制作,14,热源,冷凝器,热机,做功,2020/8/28,SMH制作,15,机械能和内能转化具有方向性。,2020/8/28,SMH制作,16,点击下图观看视频,思考：有没有这样的“逆过程”：从瓶中冲出去的气体又自动回到瓶中，瓶中气体的压强达到了将瓶塞冲开时的压强。,气体膨胀具有方向性,2020/8/28,SMH制作,17,一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。,

5、在物理学中，反映宏观自然过程的方向性的定律就是热力学第二定律（second law of thermodynamics).,共同特征：,2020/8/28,SMH制作,18,热量不能自发地从低温物体传到高温物体。（克劳修斯表述）,热力学第二定律,2020/8/28,SMH制作,19,说明： （1）克劳修斯表述中强调了“在不引起其它的变化的条件下，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体。” （2）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“其它变化”。 （3）如果设想克劳修斯表述不成立，即在无任何外界做功的情况下，热量就能从低温热源传向高温热源

6、。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。,2020/8/28,SMH制作,20,，使之完全变成功，而不产生其他影响。（开尔文表述）,不可能从单一热库吸收热量,2020/8/28,SMH制作,21,第二类永动机,冷凝器,2020/8/28,SMH制作,22,说明： （1）开尔文表述否定了第二类永动机的可能性。历史上曾有人企图制造“一种循环动作的热机，只从单一热源吸收热量，使之全部变为功，而不向低温热源放出热量，或者说不引起其它变化。”这种热机称为第二类永动机或单热源热机，其效率=100%。虽然它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文表述。 （2）开尔文表述中强调了“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的热量就可以全部用来对外做功。但气体“体积和压强”发生了变化，它不能循环动作返回原状态。,2020/8/28,SMH制作,23,1，按热传递的方向性来表述