2021-2022學(xué)年高二物理競(jìng)賽課件：熱力學(xué)第二定律

1、熱力學(xué)第二定律2熱力學(xué)第二定律 一、宏觀自然過(guò)程的方向性二、可逆過(guò)程和不可逆過(guò)程三、熱力學(xué)第二定律的兩種表述四、熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì) 3一、宏觀自然熱過(guò)程的方向性熱傳導(dǎo)過(guò)程的方向性：熱量總是從高溫物體自動(dòng)地傳給低溫物體，直到兩物體的溫度均一。推論：自然界一切自發(fā)過(guò)程都具有方向性和一定的限度。人類經(jīng)驗(yàn)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)哪一個(gè)自發(fā)過(guò)程可以自動(dòng)回復(fù)原狀。氣體自由膨脹的方向性：氣體總是從壓力大的地方向壓力小的地方擴(kuò)散，直到各處的壓力相等。功熱轉(zhuǎn)換過(guò)程的方向性：轉(zhuǎn)動(dòng)著的飛輪，在撤去動(dòng)力后，由于轉(zhuǎn)軸的摩擦越轉(zhuǎn)越慢，最后停止轉(zhuǎn)動(dòng)。 該過(guò)程中由于摩擦生熱，機(jī)械能全部轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苌⒉荚诳諝饫?。共同特點(diǎn)： 自動(dòng)進(jìn)行，即“自發(fā)

2、過(guò)程”不能自動(dòng)回復(fù)原狀 問(wèn)題： 什么因素決定了“自發(fā)過(guò)程” 的方向和限度？溫度？壓力？摩擦？共同因素？4二、可逆過(guò)程和不可逆過(guò)程(reversible & irreversible process) 一個(gè)過(guò)程A ，如果能用其他過(guò)程B使系統(tǒng)和外界完全復(fù)原，過(guò)程A就叫可逆過(guò)程, 否則是不可逆過(guò)程1 ( p1、v1、T )2 ( p2、v2、T )pVo12 等溫膨脹，系統(tǒng)從外界吸熱全部用于對(duì)外做功21 等溫壓縮，外界對(duì)系統(tǒng)做功全部轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)向外界放熱1 2系統(tǒng)吸收的熱量 21又釋放給了外界1 2系統(tǒng)對(duì)外界做的功 21外界全部歸還給系統(tǒng)例如：理想氣體等溫膨脹過(guò)程系統(tǒng)和外界完全復(fù)原可逆過(guò)程5 無(wú)摩擦，

3、準(zhǔn)靜態(tài)進(jìn)行正向：逆向：總效果：外界與系統(tǒng)均復(fù)原，原過(guò)程為可逆過(guò)程理想氣體等溫膨脹的可逆性分析系統(tǒng)吸熱=對(duì)外做功 外界做功=系統(tǒng)放熱 恒溫?zé)嵩春銣責(zé)嵩矗ɡ硐肭闆r）6逆向：總效果：a.系統(tǒng)復(fù)原；b.熱源有Q1 - Q2的熱量轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)外界的摩擦功（耗散熱）,外界不能復(fù)原。原過(guò)程不可逆 （實(shí)際情況）有摩擦，準(zhǔn)靜態(tài)進(jìn)行正向：（體積功）（摩擦功）恒溫?zé)嵩?恒溫?zé)嵩次鼰岱艧嵩^(guò)程不可逆原因：存在摩擦耗散7 可逆過(guò)程必須是準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程，而且還是無(wú)耗散效應(yīng)的過(guò)程。 嚴(yán)格的準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程是一種進(jìn)行的無(wú)限緩慢的過(guò)程，實(shí)際上是不存在的，它只是一種理想狀況。 嚴(yán)格的可逆過(guò)程實(shí)際上也是不存在的。 無(wú)耗散效應(yīng)的過(guò)程也只是一種理想

4、狀況，實(shí)際上也是不存在的。 自然界中一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的過(guò)程都是不可逆過(guò)程,熱力學(xué)第二定律正是這種不可逆性的反映。8三、熱力學(xué)第二定律的兩種表述1.開(kāi)爾文表述：不可能從單一熱源吸取熱量，使之完全變成有用的功而不產(chǎn)生其他影響。 蒸汽機(jī)大量推廣使用后，不少人試圖設(shè)計(jì)制造各種不需能源的熱機(jī)，例如從大氣或海洋中吸取熱量，把它全部轉(zhuǎn)化為功，不需向低溫?zé)嵩捶艧?。大家把這種機(jī)器叫做第二類永動(dòng)機(jī)。 Q T=1K 海水 = 1021kJ Q 1014 噸煤 第二類永動(dòng)機(jī)不違背熱力學(xué)第一定律，因而與第一類永動(dòng)機(jī)有本質(zhì)不同。 或：第二類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的.9比較：第一類永動(dòng)機(jī)：第二類永動(dòng)機(jī)： 不耗能，只做功 違反熱

5、力學(xué)第一定律違反熱力學(xué)第二定律10 如利用熱機(jī)，但實(shí)際中熱機(jī)的循環(huán)除了熱變功外,還必須有一定的熱量從高溫?zé)嵩磦鹘o低溫?zé)嵩矗串a(chǎn)生了其它效果。開(kāi)氏表述指明功變熱的過(guò)程是不可逆的。 功可以完全變熱，但要把熱完全變?yōu)楣Χ划a(chǎn)生其他影響是不可能的。 大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)說(shuō)明，一切熱機(jī)不可能從單一熱源吸熱并把它全部轉(zhuǎn)化為功。11 與之相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)是，當(dāng)兩個(gè)不同溫度的物體相互接觸時(shí)，熱量將由高溫物體向低溫物體傳遞，而不可能自發(fā)地由低溫物體傳到高溫物體 。2.克勞修斯表述：不可能把熱量從低溫物體傳向高溫物體而不引起其他變化。 如果借助制冷機(jī)，當(dāng)然可以把熱量由低溫傳遞到高溫，但要以外界作功為代價(jià)，也就是引起了其他變化?？耸媳硎鲋该鳠醾鲗?dǎo)過(guò)程是不可逆的。12 熱力學(xué)第二定律的兩種表述是等效的，用反證法可以證明這兩種表述的等效性。 假如開(kāi)爾文表述不成立，則克勞修斯表述不成立 假如克勞修斯表述不成立，開(kāi)爾文表述也不成立 3. 兩種表述的等價(jià)性13假如開(kāi)爾文表述不成立一個(gè)熱機(jī) R , 只從高溫?zé)嵩碩1吸取熱量 Q,并全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣?A。SQ2Q+Q2RQA低溫?zé)嵩?T2高溫?zé)嵩?T1(a) 將R和S組合起來(lái)，組合體將從T2吸取熱量Q2，向T1釋放熱量 Q + Q2 Q = Q2 ，R+SQ2Q2高溫?zé)嵩?T1低溫?zé)嵩?T2(b) 可見(jiàn)，熱量Q2自動(dòng)