4　熱力學(xué)第二定律

1、§10.4 熱力學(xué)第二定律學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.通過自然界中客觀過程的方向性，了解熱力學(xué)第二定律.2.了解熱力學(xué)第二定律的兩種不同表述，以及兩種表述的物理實(shí)質(zhì).3.了解什么是第二類永動機(jī)，知道為什么它不能制成.4.能運(yùn)用熱力學(xué)第二定律解釋自然界中的能量轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移以及宏觀自然過程的方向性問題. 問題探究1.把剛煮好的熱雞蛋放在冷水中，過一會兒，雞蛋的溫度降低，水的溫度升高，最后水和雞蛋的溫度相同。 是否可能發(fā)生這樣的現(xiàn)象：原來溫度相同的水和雞蛋，過一會兒水的溫度自發(fā)的降低而雞蛋溫度上升，生蛋變成了熟蛋？ 2.擴(kuò)散、物體間傳熱、氣體膨脹、有摩擦的機(jī)械運(yùn)動，這些能量守恒嗎？ 這些過程能自發(fā)的逆向進(jìn)

2、行嗎？ 知識建構(gòu)閱讀教材P58，觀看微課一、熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述1.熱傳導(dǎo)的方向性：一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀 過程都是 . 2.熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述：德國物理學(xué)家克勞修斯在1850年提出：熱量不能自發(fā)地從 物體傳到 物體.熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述，闡述的是傳熱的 . 練習(xí)1：判斷下列說法的正誤. (1)一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是不可逆的.() (2)熱量不會從低溫物體傳給高溫物體.() (3)冰箱能自發(fā)地把熱量從低溫物體傳給高溫物體.() 問題探究如圖所示是制冷機(jī)和熱機(jī)的工作過程示意圖，通過此圖思考以下問題： 1.制冷機(jī)工作時熱量是自發(fā)地從低溫?zé)釒靷鞯礁邷責(zé)釒靻幔?2

3、.熱機(jī)工作時能否將從高溫?zé)釒煳盏臒崃咳坑脕碜龉Γ?知識建構(gòu)閱讀教材P59、60，觀看微課 二、熱力學(xué)第二定律的開爾文表述1.認(rèn)識熱機(jī)工作的兩個階段和效率： (1)熱機(jī)工作的兩個階段：第一個階段是燃燒燃料，把燃料中的 變成工作物質(zhì)的 .第二個階段是工作物質(zhì)對外 ，把自己的內(nèi)能變成 . (2)熱機(jī)的效率：熱機(jī)輸出的 與燃料產(chǎn)生的 的比值，用公式表示為 .熱機(jī)的效率不可能達(dá)到100%. 2.開爾文表述：不可能從單一熱庫吸收熱量，使之 ，而不產(chǎn)生其他影響.(該表述闡述了機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性) 3.熱力學(xué)第二定律的其他描述：(1)一切宏觀自然過程的進(jìn)行都具有 . (2)氣體向真空的自由膨脹是 的

4、. (3)第二類永動機(jī)是 制成的. 4.第二類永動機(jī)：(1)定義：只從 熱庫吸收熱量，使之完全變?yōu)楣Χ灰鹌渌兓臒釞C(jī).(2)第二類永動機(jī)不可能制成的原因：雖然第二類永動機(jī)不違反_ ，但大量的事實(shí)證明，在任何情況下，熱機(jī)都不可能只有一個熱庫，熱機(jī)要不斷地把吸取的熱量變?yōu)橛杏玫墓?，就不可避免地將一部分熱量傳給低溫?zé)釒? 練習(xí)2：判斷下列說法的正誤. (1)機(jī)械能可以完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.() (2)內(nèi)能不可能完全轉(zhuǎn)化為機(jī)械能.() (3)可以從單一熱庫吸收熱量，使之完全變?yōu)楣?() (4)第二類永動機(jī)違背了能量守恒定律.() (5)第二類永動機(jī)違背了熱力學(xué)第二定律.() 拓展應(yīng)用1.(多選)根據(jù)熱

5、力學(xué)第二定律可知，下列說法中正確的是 A、不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化 B、沒有冷凝器，只有單一的熱源，能將從單一熱源吸收的熱量全部用來做功，而不引起其他變化的熱機(jī)是可以實(shí)現(xiàn)的 C、制冷系統(tǒng)將冰箱里的熱量傳給外界較高溫度的空氣中，而不引起其他變化 D、不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其他變化 2.(多選)下列說法中正確的是 A、一切涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性 B、一切不違背能量守恒定律的物理過程都是可能實(shí)現(xiàn)的 C、由熱力學(xué)第二定律可以判斷物理過程能否自發(fā)進(jìn)行 D、一切物理過程都不可能自發(fā)地進(jìn)行 3. (多選)第二類永動機(jī)不可能制成是因?yàn)?A、

6、違背了能量守恒定律 B、違背了熱力學(xué)第二定律 C、機(jī)械能不能全部轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能 D、內(nèi)能不可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，而不產(chǎn)生其他影響 4.關(guān)于熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律，下列論述正確的是 A、熱力學(xué)第一定律指出內(nèi)能可以與其他形式的能相互轉(zhuǎn)化，而熱力學(xué)第二定律則指出內(nèi)能不可能完全轉(zhuǎn)化為其他形式的能，故這兩條定律是相互矛盾的 B、內(nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為其他形式的能，只是會產(chǎn)生其他影響，故兩條定律并不矛盾 C、兩條定律都是有關(guān)能量轉(zhuǎn)化的規(guī)律，它們不但不矛盾，而且沒有本質(zhì)區(qū)別 D、其實(shí)，能量守恒定律已經(jīng)包含了熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律 總結(jié)提升：一、對熱力學(xué)第二定律的理解1.“自發(fā)地”是指熱量從高溫物體“

7、自發(fā)地”傳給低溫物體的方向性.在傳遞過程中不會對其他物體產(chǎn)生影響或不需借助其他物體提供能量等. 2.關(guān)于“不可能”：實(shí)際上熱機(jī)或制冷機(jī)系統(tǒng)循環(huán)終了時，除了從單一熱庫吸收熱量對外做功，以及熱量從低溫?zé)釒靷鞯礁邷責(zé)釒煲酝?，過程所產(chǎn)生的其他一切影響，不論用任何曲折復(fù)雜的辦法都不可能加以消除.3.“不產(chǎn)生其他影響”的涵義是發(fā)生的熱力學(xué)宏觀過程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學(xué)方面的影響.如吸熱、放熱、做功等. 二、熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律的比較1.熱力學(xué)第一定律是指一個熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它所做的功的和，是能量守恒定律在熱力學(xué)中的具體表現(xiàn)形式。2.熱力學(xué)第二定

8、律是指在有限的時間和空間內(nèi)，一切和熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過程、化學(xué)過程都具有不可逆性.三、兩類永動機(jī)的比較 兩類永動機(jī)都不可能制成1.第一類永動機(jī)：不消耗任何能量，可以不斷做功(或只給予很小的能量啟動后，可以永遠(yuǎn)運(yùn)動下去). 第一類永動機(jī)的設(shè)想違背了能量守恒定律。2.第二類永動機(jī)：將內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，而不引起其他變化(或只有一個熱源，實(shí)現(xiàn)內(nèi)能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)化).第二類永動機(jī)的設(shè)想不違背能量守恒定律，但違背了熱力學(xué)第二定律. 效果檢測：效果檢測：1. (多選)下列哪個過程具有方向性 A、熱傳導(dǎo)過程 B、機(jī)械能向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程 C、氣體的擴(kuò)散過程 D、氣體向真空中的膨脹 2. (多選)根據(jù)熱力學(xué)第二定

9、律，下列判斷正確的是 A、電能不可能全部變?yōu)閮?nèi)能 B、在火力發(fā)電機(jī)中，燃?xì)獾膬?nèi)能不可能全部變?yōu)殡娔?C、在熱機(jī)中，燃?xì)鈨?nèi)能不可能全部變?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 3.關(guān)于熱現(xiàn)象和熱學(xué)規(guī)律，下列說法中正確的是 A、隨著低溫技術(shù)的發(fā)展，我們可以使溫度逐漸降低，并最終達(dá)到絕對零度 B、熱量是不可能從低溫物體傳遞給高溫物體的 C、第二類永動機(jī)遵從能量守恒定律，故能制成 D、用活塞壓縮汽缸里的空氣，對空氣做功2.0×105 J，同時空氣向外界放出熱量1.5×105 J，則空氣的內(nèi)能增加了5×104 J 4.下列說法正確的是 A、機(jī)械能

10、全部變成內(nèi)能是不可能的 B、第二類永動機(jī)不可能制造成功是因?yàn)槟芰考炔粫{空產(chǎn)生，也不會憑空消失，只能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，或從一種形式轉(zhuǎn)化成另一種形式 C、根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體 D、從單一熱源吸收的熱量全部變成功是可能的 作業(yè)：1. 汽車行駛時，要消耗汽油。盡量詳盡地說明：汽油燃燒時釋放的化學(xué)能通過哪些途徑最終轉(zhuǎn)化成了周圍環(huán)境的內(nèi)能。完成結(jié)構(gòu)圖。汽油燃燒時釋放的化學(xué)能熱機(jī)損耗流失的內(nèi)能汽車運(yùn)動的動能蓄電池儲存的化學(xué)能電能氣缸內(nèi)氣體的內(nèi)能光能2. 以下哪些現(xiàn)象能夠發(fā)生、哪些不能發(fā)生？能夠發(fā)生的現(xiàn)象是否違背熱力學(xué)第二定律？A. 一杯熱茶在打開杯蓋后，茶會自動變得更熱。B. 蒸汽機(jī)把蒸汽的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。C. 桶中混濁的泥水在靜置一段時間后，泥沙下沉，上面的水變清，泥、水自動