4.热力学第二定律.pptx

1、4热力学第二定律,第十章热力学定律,学习目标 1.通过自然界中客观过程的方向性，了解热力学第二定律. 2.了解热力学第二定律的两种不同表述，以及两种表述的物理实质. 3.了解什么是第二类永动机，知道为什么它不能制成. 4.能运用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移以及宏观自然过程的方向性问题.,内容索引,自主预习 预习新知 夯实基础,重点探究 启迪思维 探究重点,达标检测 检测评价 达标过关,自主预习,一、热力学第二定律的克劳修斯表述 1.热传导的方向性：一切与热现象有关的宏观自然过程都是 . 2.热力学第二定律的克劳修斯表述：德国物理学家克劳修斯在1850年提出：热量不能自发地从 物体

2、传到 物体.热力学第二定律的克劳修斯表述，阐述的是传热的 .,不可逆的,高温,低温,方向性,二、热力学第二定律的开尔文表述 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 表示为 .热机的效率不可能达到100%. 2.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),化学能,内能,做功,机械能,机械功,热量,完全变成功,3.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 . (2

3、)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.第二类永动机 (1)定义：只从 热库吸收热量，使之完全变为功而不引起其他变化的热机. (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反_ ，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，热机要不断地把吸取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.,方向性,不可逆,单一,能量守恒,定律,1.判断下列说法的正误. (1)一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的.() (2)热量不会从低温物体传给高温物体.() (3)机械能可以完全转化为内能.() (4)内能不可能完全转化为机械能.()

4、(5)可以从单一热库吸收热量，使之完全变为功.() (6)第二类永动机违背了能量守恒定律.(),即学即用,答案,2.热量总是自发地从高温物体传递给低温物体，这说明热传递过程具有_.冰箱工作时，能把冰箱内的热量传递到冰箱外，这_(填“违反”或“不违反”)热力学第二定律.,答案,方向性,不违反,重点探究,一、对热力学第二定律的两种理解,导学探究,(1)热传递的方向性能否简单理解为“热量不会从低温物体传给高温物体”？,答案不能.两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，使高温物体的温度降低，低温物体的温度升高，这个过程是自发进行的，不需要任何外界的影响或者帮助，有时我们也能实

5、现热量从低温物体传给高温物体，如电冰箱，但这不是自发地进行的，需要消耗电能.,答案,(2)如图1所示是制冷机和热机的工作过程示意图，通过此图思考以下问题： 制冷机工作时热量是自发地从低温热库传到高温热库吗？ 热机工作时能否将从高温热库吸收的热量全部用来做功？,答案不是 答案不能,答案,图1,知识深化,1.自然过程的方向性 (1)热传导具有方向性 两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，而低温物体不可能自发地将热量传给高温物体，要实现低温物体向高温物体传递热量，必须借助外界的帮助，因而产生其他影响或引起其他变化. (2)气体的扩散现象具有方向性 两种不同的气体可以自发地

6、进入对方，最后成为均匀的混合气体，但这种均匀的混合气体，决不会自发地分开，成为两种不同的气体.,(3)机械能和内能的转化过程具有方向性 物体在水平面上运动，因摩擦而逐渐停止下来，但绝不可能出现物体吸收原来传递出去的热量后，在地面上重新运动起来. (4)气体向真空膨胀具有方向性 气体可自发地向真空容器内膨胀，但绝不可能出现气体自发地从容器中流出，使容器内变为真空.,2.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”的涵义 (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. (2)“不产

7、生其他影响”的涵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向的影响.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循环终了时，除了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以外，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. 特别提醒(1)热力学第二定律的两种表述是等效的. (2)热力学第二定律的实质：热力学第二

8、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，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.,解析能量转移和转化的过程都是具有方向性的，A对； 第二类永动机不违背能量守恒定律，但是不能实现，B错； 在热传递的过程中，能量可以自发地从高温物体传到低温物体，但其逆过程不可能自发地进行，C对，D错.,例1(多选)下列说法中正确的是 A.一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性 B.一切不违背能量守恒定律的物理过程都是可能实现的 C.由热力学第二定律可以判断物理过程能否自发进行 D.一切物理过程都不可能自发地进行,答案,解析,例2(多选)根据热力学第二定律可知，下列说法中正确的是

9、A.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 B.没有冷凝器，只有单一的热库，能将从单一热库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中，而不引起其他 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,答案,解析,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，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借助外部的帮助，即会引起其他变化，A选项正确，B选项错误； 热传递过程也具有方向性，热量能自发地从高温物体传给低温物体，但是热量要从低温物

10、体传到高温物体，必然要引起其他变化(外界对系统做功)，故C选项错误，D选项正确.,1.一切物理过程均遵守能量守恒定律，但遵守能量守恒定律的物理过程不一定均能实现. 2.热力学第二定律的两种表述分别对应着一种“不可能”，但都有一个前提条件“自发地”或“不产生其他影响”，如果去掉这种前提条件，就都是有可能的.例如电冰箱的作用就是使热量从低温物体传到高温物体，等温膨胀就是从单一热库吸收热量，使之完全用来做功.但不是自发地或是产生了其他影响.,二、热力学第一定律和热力学第二定律的比较,1.两个定律比较 热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的具体表现形式，在转化的过程中，总的能量保持不变.热力学第二定

11、律是指在有限的时间和空间内，一切和热现象有关的物理过程、化学过程都具有不可逆性. 2.两类永动机的比较 第一类永动机：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). 第二类永动机：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).,3.第一类永动机和第二类永动机都不可能制成 第一类永动机的设想违背了能量守恒定律；第二类永动机的设想不违背能量守恒定律，但违背了热力学第二定律.,例3关于热力学第一定律和热力学第二定律，下列论述正确的是 A.热力学第一定律指出内能可以与其他形式的能相互转化，而热力学第 二定律则指出内能不可能完全转化为其

12、他形式的能，故这两条定律是 相互矛盾的 B.内能可以全部转化为其他形式的能，只是会产生其他影响，故两条定 律并不矛盾 C.两条定律都是有关能量转化的规律，它们不但不矛盾，而且没有本质 区别 D.其实，能量守恒定律已经包含了热力学第一定律和热力学第二定律,答案,解析,解析热力学第一定律是能量守恒定律在热现象中的体现，而热力学第二定律则指出内能和其他形式的能发生转化的方向性，两者并不矛盾，选项A、C、D错误，B正确.,例4下列说法正确的是 A.第二类永动机违背了能量守恒定律 B.第二类永动机违背了热力学第二定律 C.根据能量守恒定律，经过不断的技术改造，热机的效率有可能达到 100% D.电冰箱和

13、空调机工作时，热量从低温热源传到高温热源，违背了热力 学第二定律,答案,解析,解析第二类永动机没有违背能量守恒定律，但违背了热力学第二定律，A错误，B正确； 热机的效率永远小于100%，因为要向低温热源散热，C错误； 电冰箱和空调机工作时，是通过压缩机做功，来实现热量从低温热源到高温热源的传递，所以并没有违背热力学第二定律，D错误.,达标检测,1,2,3,1.(宏观过程的方向性)(多选)下列哪个过程具有方向性 A.热传导过程 B.机械能向内能的转化过程 C.气体的扩散过程 D.气体向真空中的膨胀,答案,解析,4,解析这四个过程都是与热现象有关的宏观过程，它们都具有方向性.,2.(对热力学第二定

14、律的理解)(多选)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物体,1,2,3,4,答案,解析,1,2,3,4,解析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，电能可全部变为内能(由焦耳定律可知)，而内能不可能全部变成电能，而不产生其他影响.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.,3.(对热力学第二定律的理解)下

15、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是因为能量既不会凭空产生，也不会 凭空消失，只能从一个物体转移到另一个物体，或从一种形式转化 成另一种形式 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.从单一热源吸收的热量全部变成功是可能的,答案,解析,1,2,3,4,解析机械能可以全部转化为内能，故A错； 第二类永动机不可能制造成功是因为它违背了热力学第二定律，故B错； 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C错； 从单一热源吸收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热量全部变为功的同时也引起了其他的变化，是可能的，故D项对.,1,2,3,4,4.(对热力学第一定律和第二定律的理解)(多选)图2为电冰箱的工作原理示意图.压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环.在蒸发器中制冷剂汽化，吸收箱体内的热量，经过