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熱力學(xué)第二定律

第1頁一、學(xué)習(xí)目標(biāo)：二、重點和難點：三、教學(xué)過程：第2頁1.了解熱傳導(dǎo)過程方向性。2.了解什么是第二類永動機，為何第二類永動機不可能制成。3.了解熱力學(xué)第二定律兩種不一樣表述，以及這兩種表述物理實質(zhì)。4.了解什么是能量耗散。第3頁二、重點和難點：重點：熱力學(xué)第二定律物理實質(zhì)和兩種常見表述．難點：兩類永動機區(qū)分，第二類永動機不可能制成原因第4頁三、教學(xué)過程：引入新課：任何物體都含有內(nèi)能，在地球上貯存量十分豐富海水總質(zhì)量約達(dá)1.4×1018噸，它溫度只要降低1oC，就能釋放相當(dāng)于1800萬個功率為100萬千瓦核電站一年發(fā)電量，足夠全世界使用40。而人類都不能利用這種“新能源”，究其原因，是因為包括物理學(xué)一個基本定律——熱力學(xué)第二定律．第5頁新課教學(xué)：(一)、熱傳導(dǎo)方向性1．實例：熱量會自動地從高溫物體傳給低溫度物體。2．熱傳導(dǎo)過程含有方向性3．自然界中進行包括熱現(xiàn)象宏觀過程都含有方向性。第6頁1．實例：熱量會自動地從高溫物體傳給低溫度物體。[注意]這里所說“自發(fā)地”是指沒有任何外界影響或幫助，電冰箱工作時能將冰箱內(nèi)(溫度較低)熱量，傳給外界空氣(溫度較高)，是因為電冰箱消耗了電能，對制冷系統(tǒng)做了功。第7頁2．熱傳導(dǎo)過程含有方向性熱傳導(dǎo)過程能夠向一個方向自發(fā)地進行(熱量從高溫物體自發(fā)地傳給低溫物體)；但向相反方向不會自發(fā)地產(chǎn)生(熱量不會自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體)，只有借助外界幫助才能進行。第8頁①熱機：是一個把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能裝置。熱機③效率：由能量守恒定律知道Q1=

W+Q2熱機效率內(nèi)燃機②原理：燃料燃燒產(chǎn)生熱量Q1（高溫?zé)嵩矗┩七M活塞對外做功W排出廢氣向外界（低溫?zé)嵩矗┓艧酫2高溫?zé)釒斓蜏責(zé)釒霶1Q2對外做功熱機W熱機效率小于100%，就不可能把從高溫?zé)嵩次諢崃咳哭D(zhuǎn)化為機械能，總有一部分熱量散發(fā)到冷凝器中。（二）機械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化方向性第9頁(二)第二類永動機1．第二類永動機：人們把想象中能夠從單一熱源吸收熱量，全部用來做功而不引發(fā)其它改變熱機叫做第二類永動機。2．第二類永動機不可能制成表示機械能和內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程含有方向性．盡管機械能能夠全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能卻不能全部轉(zhuǎn)化成機械能，同時不引發(fā)其它改變．第10頁3．第一類永動機和第二類永動機它們都不可能制成，第一類永動機構(gòu)想違反了能量守恒定律；第二類永動機構(gòu)想雖不違反能量守恒定律，但違反了跟熱現(xiàn)象相聯(lián)絡(luò)宏觀自然過程含有方向性規(guī)律。第11頁三、熱力學(xué)第二定律舉例：兩種不一樣氣體擴散能夠自發(fā)地進入對方,最終成為一個均勻混合氣體思索:如圖所表示,容器A中裝有氣體,容器B是真空,打開閥門K,容器A中氣體會自發(fā)地向B中膨脹,最終兩個容器都充滿氣體.會不會氣體自發(fā)地從容器B流向容器A,最終使容器B恢復(fù)成真空呢?大量自然現(xiàn)象說明:有些物理過程含有方向性.第12頁(三)熱力學(xué)第二定律1．熱力學(xué)第二定律常見兩種表述：(1)按熱傳遞方向性來表述：不可能使熱量從低溫物體傳到高溫物體，而不引發(fā)其它改變．(2)按機械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程方向性來表述：不可能從單一熱庫吸收熱量并把它全部用來做功，而不引發(fā)其它改變．第13頁2．兩種表述是等價．能夠從一個表述導(dǎo)出另一個表述，兩種表述都稱為熱力學(xué)第二定律3．熱力學(xué)第二定律意義提醒了有大量分子參加宏觀過程方向性，是獨立于熱力學(xué)第一定律一個主要自然規(guī)律．第14頁(四)能量耗散1．能量耗散：流散內(nèi)能無法重新搜集起來加以利用現(xiàn)象叫做能量耗散．2．能量耗散從能量轉(zhuǎn)化角度反應(yīng)出自然界中宏觀過程含有方向性．第15頁五、例題分析：[例1]依據(jù)熱力學(xué)第二定律，以下判斷正確是A.電流能不可能全部變?yōu)閮?nèi)能B．在火力發(fā)電機中，燃?xì)鈨?nèi)能不可能全部變?yōu)殡娔蹸．熱機中，燃?xì)鈨?nèi)能不可能全部變?yōu)闄C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度物體．第16頁[解析]依據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，凡與熱現(xiàn)象相關(guān)宏觀過程都含有方向性，電流能可全部變?yōu)閮?nèi)能(由電流熱效應(yīng)中焦耳定律可知)，而內(nèi)能不可能全部變成電流能．機械能可全部變?yōu)閮?nèi)能，而內(nèi)能不可能全部變成機械能，在熱傳導(dǎo)中，熱量只能自發(fā)地從高溫物體傳遞給低溫物體，而不能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫物體，所以選項B、C、D正確．第17頁[例2]第二類永動機不能夠制成，是因為[]A.違反了能量守恒定律B．熱量總是從高溫物體傳遞到低溫物體C．機械能不能全部轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能D．內(nèi)能不能全部轉(zhuǎn)化為機械能，同時不引發(fā)其它改變第18頁[解析]第二類永動機構(gòu)想即使符合能量守恒定律，不過違反了能量轉(zhuǎn)化中有些過程是不可逆規(guī)律。所以不可能制成，選項D正確．第19頁[例3]試對熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律做一簡單評析[解析]熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律是組成熱力學(xué)知識理論基礎(chǔ)，前者對自然過程沒有任何限制，只指出在任何熱力學(xué)過程中能量不會有任何增加或損失，反應(yīng)是物體內(nèi)能改變與熱量、做功定量關(guān)系；后者則是處理哪些過程能夠自發(fā)地發(fā)生，哪些過程必須借助于外界條件才能進行。第20頁六、小結(jié)：熱力學(xué)第二定律有常見兩種表述，提醒了有大量分子參加宏觀過程(即與熱現(xiàn)象相關(guān)宏觀過程)方向性，第二類永動機不可能制成。第21頁七、[鞏固練習(xí)]1.以下哪些物理過程含有方向性A.熱傳導(dǎo)過程B．機械能和內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程C．氣體擴散過程D．氣體向真空中膨脹過程。答案：第22頁上題答案：ABCD2.熱機是一個______裝置，熱機做功和它從熱源吸收熱量比值叫做熱機______．答案：3.能量耗散是從

________角度反應(yīng)出自然界中宏觀過程含有方向性．答案：第23頁2答案：把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能；效率

3答案：熱現(xiàn)象4.熱力學(xué)第二定律使人們認(rèn)識到，自然界中進行包括________現(xiàn)象宏觀過程都含有________性，比如機械能能夠________轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但內(nèi)能_______全部轉(zhuǎn)化為機械能，而不引發(fā)其它改變．第24頁4答案：熱；方向；全部；不能。5.什么是第二類永動機?為何第二類永動機不可能造成?答：能夠從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引發(fā)其它改變熱機稱為第二類永動機。第二類永動機不可能制成原因是因為機械能和內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程含有方向性，盡管機械能能夠全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但內(nèi)能卻不能全部轉(zhuǎn)化為機械能，而不引發(fā)其它改變。第25頁6.試述熱