第4章 4.3　熱力學(xué)第二定律+4.4　描述無(wú)序程度的物理量

1、.43熱力學(xué)第二定律44描繪無(wú)序程度的物理量學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識(shí) 脈 絡(luò)1.知道熱傳遞及宏觀過(guò)程的方向性重點(diǎn)2理解熱力學(xué)第二定律的兩種不同的表述，以及這兩種表述的物理本質(zhì)重點(diǎn)、難點(diǎn)3明確什么是有序和無(wú)序，理解熱力學(xué)第二定律的微觀意義難點(diǎn)4理解熵的概念. 熱力學(xué)第二定律 1自然過(guò)程的方向性1熱傳遞具有方向性：熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體，卻不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體2一切自發(fā)過(guò)程都是有方向性的，是不可逆的2熱機(jī)1定義：一種把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置2理想熱機(jī)的工作原理：熱機(jī)從熱源吸收熱量Q1，推動(dòng)活塞做功W，然后向低溫?zé)嵩蠢淠麽尫艧崃縌2.3效率：由能量守恒定律知：Q1WQ2，而

2、我們把熱機(jī)做的功W和它從熱源吸收的熱量Q1的比值叫做熱機(jī)效率，用表示，即.4熱機(jī)不可能把它得到的全部?jī)?nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，即效率不可能到達(dá)100%.3熱力學(xué)第二定律1克勞修斯表述：不可能使熱量從低溫物體傳到高溫物體，而不引起其他變化此表述提醒出熱傳遞具有方向性2開(kāi)爾文表述：不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來(lái)做功，而不引起其他變化此表述提醒出能量在轉(zhuǎn)化過(guò)程中具有方向性3第三種表述：第二類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的1溫度不同的兩個(gè)物體接觸時(shí)，熱量會(huì)自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體×2熱傳導(dǎo)的過(guò)程是具有方向性的3熱量不能由低溫物體傳給高溫物體×熱量能自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體，我們所說(shuō)的

3、“自發(fā)地指的是沒(méi)有任何的外界影響或者幫助電冰箱是讓“熱由低溫環(huán)境傳遞到高溫環(huán)境這是不是自發(fā)進(jìn)展的？說(shuō)明理由圖4­3­1【提示】電冰箱可以把熱量從低溫物體傳給高溫物體，在該過(guò)程中電冰箱要消耗電能一旦切斷電源，電冰箱就不能把其內(nèi)部的熱量傳給外界的空氣了，相反，外界的熱量會(huì)自發(fā)地傳給電冰箱，使其溫度逐漸升高1對(duì)熱力學(xué)第二定律的理解1克勞修斯表述指明熱傳遞等熱力學(xué)宏觀現(xiàn)象的方向性，不需要借助外界提供能量的幫助，其物理本質(zhì)是提醒了熱傳遞過(guò)程是不可逆的2開(kāi)爾文表述中的“單一熱源指溫度恒定且均勻的熱源“不引起其他變化惟一效果是熱量全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣Χ饨缂跋到y(tǒng)都不發(fā)生任何變化其物理本質(zhì)提醒了功

4、變熱過(guò)程是不可逆的3熱力學(xué)第二定律的每一種表述都提醒了大量分子參與的宏觀過(guò)程的方向性，進(jìn)而使人們認(rèn)識(shí)到自然界中一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過(guò)程都具有方向性，都是不可逆的2熱力學(xué)第二定律與熱力學(xué)第一定律的關(guān)系1關(guān)于滑動(dòng)摩擦力做功：熱力學(xué)第一定律中，滑動(dòng)摩擦力做功可以全部轉(zhuǎn)化為熱熱力學(xué)第二定律卻說(shuō)明這一熱量不可能在不引起其他變化的情況下完全變成功2關(guān)于熱量的傳遞：熱力學(xué)第一定律說(shuō)明熱量可以從高溫物體自動(dòng)傳到低溫物體，而熱力學(xué)第二定律卻說(shuō)明熱量不能自動(dòng)地從低溫物體傳向高溫物體3關(guān)于能量：熱力學(xué)第一定律說(shuō)明在任何過(guò)程中能量必守恒，熱力學(xué)第二定律卻說(shuō)明并非所有能量守恒過(guò)程均能實(shí)現(xiàn)，能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移有方向性4兩定

5、律的關(guān)系：熱力學(xué)第一定律是和熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過(guò)程中能量守恒的特殊表達(dá)形式，說(shuō)明功及熱量與內(nèi)能改變的定量關(guān)系；而第二定律指出了滿足能量轉(zhuǎn)化與守恒的過(guò)程不一定都能進(jìn)展，指出過(guò)程進(jìn)展具有方向性其本質(zhì)是一切變化過(guò)程的自然開(kāi)展方向不可逆，除非靠外界影響所以二者互相獨(dú)立，又互相補(bǔ)充3第二類永動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)1定義：只從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)橛杏霉Χ划a(chǎn)生其他影響的熱機(jī)2第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成雖然第二類永動(dòng)機(jī)不違背能量守恒定律，但大量的事實(shí)證明，在任何情況下，熱機(jī)都不可能只有一個(gè)熱源，熱機(jī)要不斷地把汲取的熱量變?yōu)橛杏玫墓?，就不可防止地將一部分熱量傳給低溫?zé)嵩春茱@然，假如第二類永動(dòng)機(jī)能制成，那么就可以利用空

6、氣或海洋作為熱源，從它們那里不斷汲取熱量而做功，這是最經(jīng)濟(jì)不過(guò)的，因?yàn)楹Ｑ蟮膬?nèi)能實(shí)際上是取之不盡的4兩類永動(dòng)機(jī)的比較分類第一類永動(dòng)機(jī)第二類永動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)要求不消耗任何能量，可以不斷做功或只給予很小的能量啟動(dòng)后，可以永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去將內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，而不引起其他變化或只有一個(gè)熱源，實(shí)現(xiàn)內(nèi)能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)化不可能的原因違犯了能量的轉(zhuǎn)化與守恒定律違犯了熱力學(xué)第二定律【說(shuō)明】宏觀能量的轉(zhuǎn)化效率不可能等于100%，也是熱力學(xué)第二定律的表達(dá)1以下關(guān)于熱力學(xué)第二定律的說(shuō)法正確的選項(xiàng)是A所有符合能量守恒定律的宏觀過(guò)程都能真的發(fā)生B一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過(guò)程都是不可逆的C機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能無(wú)法全部

7、用來(lái)做功以轉(zhuǎn)換成機(jī)械能而不引其他影響D氣體向真空的自由膨脹是可逆的E熱運(yùn)動(dòng)的宏觀過(guò)程會(huì)有一定的方向性【解析】熱運(yùn)動(dòng)的宏觀過(guò)程會(huì)有一定的方向性，符合能量守恒定律的宏觀過(guò)程并不能都真的發(fā)生，故A錯(cuò)誤，E正確；根據(jù)熱力學(xué)第二定律，一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過(guò)程都是不可逆的，所以氣體向真空的自由膨脹是不可逆的，故B正確，D錯(cuò)誤；根據(jù)熱力學(xué)第二定律，不可能從單一熱源吸收熱量使之完全轉(zhuǎn)換為有用的功而不產(chǎn)生其他影響，所以機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能無(wú)法全部用來(lái)做功以轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，故C正確【答案】BCE2根據(jù)熱力學(xué)第二定律，以下說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是【導(dǎo)學(xué)號(hào)：35500043】A電流的電能不可能全部轉(zhuǎn)變成內(nèi)能

8、B在火力發(fā)電中，燃?xì)獾膬?nèi)能不可能全部轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔蹸在熱機(jī)中，燃?xì)獾膬?nèi)能不可能全部轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能D在熱傳導(dǎo)中，熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫物體E熱量可以從低溫物體傳向高溫物體，而不引起其他的影響【解析】電能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，如純電阻電路，而燃?xì)獾膬?nèi)能不可能全部轉(zhuǎn)化為電能和機(jī)械能，故A錯(cuò)誤，B、C正確；根據(jù)熱力學(xué)第二定律關(guān)于熱傳導(dǎo)的描繪知，D正確，E錯(cuò)誤【答案】BCD3以下說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是A機(jī)械能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能是不可能的B機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能C第二類永動(dòng)機(jī)不可能制造成功的原因是因?yàn)槟芰考炔粫?huì)消失，也不會(huì)創(chuàng)生，只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，或從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式D根據(jù)熱力學(xué)第二定

9、律可知，熱量可能從低溫物體傳到高溫物體E從單一熱源吸收的熱量全部變?yōu)楣κ强赡艿摹窘馕觥繖C(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故A錯(cuò)誤，B正確；第二類永動(dòng)機(jī)不可能制造成功是因?yàn)樗`犯了熱力學(xué)第二定律，故C錯(cuò)誤；熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，但假如不是自發(fā)地，是可以進(jìn)展的，故D正確；從單一熱源吸收的熱量全部用來(lái)做功而不引起其他變化，是不可能的，但假如是從單一熱源吸收的熱量全部變?yōu)楣Φ耐瑫r(shí)也引起了其他的變化，是可能的，故E正確【答案】BDE理解熱力學(xué)第二定律的方法1理解熱力學(xué)第二定律的本質(zhì)，即自然界中進(jìn)展的所有涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性理解的關(guān)鍵在于“自發(fā)和“不引起其他變化2正確理解哪些過(guò)程不會(huì)到

10、達(dá)100%的轉(zhuǎn)化而不產(chǎn)生其他影響描繪無(wú)序程度的物理量 1宏觀方向性的微觀本質(zhì)1擴(kuò)散現(xiàn)象的微觀本質(zhì)：擴(kuò)散現(xiàn)象中，由于氣體分子的無(wú)規(guī)那么運(yùn)動(dòng)打亂了系統(tǒng)原來(lái)的有序分布，這個(gè)系統(tǒng)的無(wú)序程度增加了2熱傳遞的微觀本質(zhì)：發(fā)生熱傳遞之前，兩個(gè)溫度不同的物體內(nèi)的分子按分子平均動(dòng)能的大小有序分布，一旦發(fā)生熱傳遞，兩個(gè)物體內(nèi)分子的平均動(dòng)能逐漸變成一個(gè)中間值，也就是說(shuō)系統(tǒng)的無(wú)序程度增加了3不管是擴(kuò)散現(xiàn)象還是熱傳遞，都說(shuō)明宏觀過(guò)程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無(wú)序性增大的方向進(jìn)展2熵1概念：熱力學(xué)系統(tǒng)處于任何一個(gè)狀態(tài)都對(duì)應(yīng)著一個(gè)熵，熵的大小表征著熱力學(xué)系統(tǒng)內(nèi)分子熱運(yùn)動(dòng)雜亂無(wú)章的程度2熱力學(xué)第二定律的又一種表述：任何一個(gè)孤立系統(tǒng)自

11、發(fā)變化時(shí)，熵永遠(yuǎn)不會(huì)減少3無(wú)處不在的熵1任何宏觀物質(zhì)系統(tǒng)，它們都有熵，熵可以在過(guò)程中增加和傳遞2熵的概念已拓展到自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域3熵增加原理與能量守恒定律一起控制著一切自然過(guò)程的發(fā)生和開(kāi)展1熵是系統(tǒng)內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)無(wú)序性的量度2在自然過(guò)程中熵總是增加的3熵值越大代表越有序×成語(yǔ)“覆水難收指一盆水潑出后是不可能再回到盆中的，請(qǐng)結(jié)合熵的變化解釋為什么水不會(huì)自發(fā)地聚到盆中【提示】由于盆的形狀確定，水在盆中時(shí)，空間位置和所占據(jù)的空間的體積一定，顯得“有序“整齊和“集中，系統(tǒng)的熵低當(dāng)把水潑出后，它的形狀不再受盆的限制，各種可能的形狀都有，占據(jù)的空間面積和所處的位置都有多種可能，顯得“混亂

12、“分散，較為“無(wú)序，系統(tǒng)的熵高水潑出的過(guò)程屬于從有序向無(wú)序的轉(zhuǎn)化過(guò)程，導(dǎo)致熵的增加，符合熵增加原理反之，水聚到盆中的過(guò)程，屬于從無(wú)序向有序的轉(zhuǎn)化，即從高熵向低熵轉(zhuǎn)化，不符合熵增加原理，因此水不能自發(fā)地聚到盆中1熵是反映系統(tǒng)無(wú)序程度的物理量，正如溫度反映物體內(nèi)分子平均動(dòng)能大小一樣，系統(tǒng)越混亂無(wú)序程度越大，這個(gè)系統(tǒng)的熵就越大2從微觀的角度看，熱力學(xué)第二定律是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，一個(gè)孤立系統(tǒng)總是從熵小的狀態(tài)向熵大的狀態(tài)開(kāi)展，而熵值較大代表著較為無(wú)序，所以自發(fā)的宏觀過(guò)程總是向無(wú)序程度更大的方向開(kāi)展3對(duì)于絕熱或孤立的熱力學(xué)系統(tǒng)而言，所發(fā)生的是由非平衡態(tài)向著平衡態(tài)的變化過(guò)程，因此，總是朝著熵增加的方向進(jìn)展或者說(shuō)

13、，一個(gè)孤立系統(tǒng)的熵永遠(yuǎn)不會(huì)減小，這就是熵增加原理熵增加原理的適用對(duì)象是對(duì)于孤立系統(tǒng)，假如是非孤立系統(tǒng)，熵有可能減少4在任何自然過(guò)程中，一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵不會(huì)減小，假如過(guò)程可逆，那么熵不變；假如過(guò)程不可逆，那么熵增加4在以下表達(dá)中，正確的選項(xiàng)是A熵是物體內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)無(wú)序程度的量度B對(duì)孤立系統(tǒng)而言，一個(gè)自發(fā)的過(guò)程中熵總是向減少的方向進(jìn)展C熱力學(xué)第二定律的微觀本質(zhì)是：熵總是增加的D熵值越大，說(shuō)明系統(tǒng)內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)越無(wú)序E一個(gè)非孤立系統(tǒng)總是從熵小的狀態(tài)向熵大的狀態(tài)開(kāi)展【解析】熵是物體內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)無(wú)序程度的量度，系統(tǒng)內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)越無(wú)序，熵值越大，故A、D正確；對(duì)孤立系統(tǒng)而言，一個(gè)自發(fā)的過(guò)程中熵總是向增加的方向進(jìn)展，故B錯(cuò)誤；根據(jù)熱力學(xué)第二定律，擴(kuò)散、熱傳遞等現(xiàn)象與溫度有關(guān)，但凡與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過(guò)程，都具有方向性，其本質(zhì)說(shuō)明熵總是增加的，故C正確；對(duì)于一個(gè)非孤立的系統(tǒng)在與外界有能量交換時(shí)，其熵也有可能變小，故E錯(cuò)誤【答案】ACD5對(duì)于孤立體系中發(fā)生的實(shí)際過(guò)程，以下說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是A系統(tǒng)的總熵不可能減小B系統(tǒng)的總熵可能增大，可能不變，還可能減小C系統(tǒng)逐漸從比較有序的狀態(tài)向無(wú)序的狀態(tài)開(kāi)展D系統(tǒng)逐漸從比較無(wú)序的狀態(tài)向更加有序的狀態(tài)開(kāi)展E在自然的可逆過(guò)程中，孤立系統(tǒng)的總熵不變【解析】一個(gè)孤立系統(tǒng)自發(fā)發(fā)生的實(shí)際過(guò)程，系統(tǒng)的熵要么增大，要么不變，但不會(huì)減少，A正確，B錯(cuò)誤；對(duì)