第4節(jié) 熱力學(xué)第二定律-2021-2022學(xué)年高二物理 課件（人教版2019選擇性必修第三冊）

一切自然過程必須符合能量守恒定律，那么符合能量守恒的宏觀過程是否都能發(fā)生呢？能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體；在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中其總量不變，這就是能量守恒定律。第4節(jié)

熱力學(xué)第二定律鐵塊的溫度降低，水的溫度升高，熱量從鐵塊傳到水，最終兩者溫度相同．將一塊燒紅的鐵塊投入冷水中，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？會(huì)不會(huì)低溫的水再傳點(diǎn)熱量給高溫的鐵塊，使鐵塊溫度更高，水的溫度更低？熱量可以自發(fā)的從高溫傳給低溫物體。熱量可不可以自發(fā)的從低溫物體傳給高溫物體？不可以熱量可不可以從低溫物體傳給高溫物體？可以電冰箱第4節(jié)

熱力學(xué)第二定律電冰箱的內(nèi)部溫度比外部溫度低，致冷系統(tǒng)還能不斷地把箱內(nèi)熱量傳給外界的空氣FF氣體可以自發(fā)膨脹到真空中氣體可不可以自發(fā)回到左邊形成真空呢？不可以氣體可不可以回到左邊形成真空呢？可以

一個(gè)在水平地面上的物體，由于克服摩擦力做功，最后要停下來。在這個(gè)過程中，物體的動(dòng)能全部自發(fā)的轉(zhuǎn)化成為內(nèi)能。

我們能不能看到這樣的現(xiàn)象：一個(gè)放在水平地面上的物體，靠降低溫度，可以把內(nèi)能自發(fā)地轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，使這個(gè)物體運(yùn)動(dòng)起來．不可以內(nèi)能能不能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能？可以蒸汽機(jī)第4節(jié)

熱力學(xué)第二定律機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性。機(jī)械能內(nèi)能自發(fā)機(jī)械能內(nèi)能自發(fā)×第4節(jié)

熱力學(xué)第二定律無數(shù)生活中的事實(shí)告訴我們：凡是實(shí)際的過程，只要涉及熱現(xiàn)象，都有特定方向。如

熱量自發(fā)從高溫傳到低溫

水自發(fā)從高處流向低處

氣體自發(fā)向真空中膨脹

兩種氣體自發(fā)擴(kuò)散混合均勻

機(jī)械能自發(fā)全部轉(zhuǎn)化為熱能一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是不可逆的。一、宏觀過程的方向性第4節(jié)熱力學(xué)第二定律2.表現(xiàn)：1.內(nèi)容：一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是不可逆的。熱傳遞具有方向性氣體擴(kuò)散具有方向性機(jī)械能內(nèi)能轉(zhuǎn)化具有方向性氣體向真空中膨脹具有方向性

凡是與熱現(xiàn)象有關(guān)的過程都具有方向性，這個(gè)過程可以向一個(gè)方向自發(fā)地進(jìn)行，但是向相反的方向卻不能自發(fā)地進(jìn)行。

要實(shí)現(xiàn)相反方向的過程，必須借助外界的幫助，因而產(chǎn)生其它影響或引起其它變化。

德國物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家克勞修斯(熱力學(xué)的主要奠基人之一)敏銳的察覺到能量在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移過程中，不僅總量遵循守恒，還存在方向性的問題。其中首次明確指出熱力學(xué)第二定律的基本概念。1.克勞修斯表述：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。闡述的是傳熱的方向性。一、宏觀過程的方向性第4節(jié)

熱力學(xué)第二定律二、熱力學(xué)第二定律思維拓展熱傳遞的方向性能否簡單理解為“熱量不會(huì)從低溫物體傳給高溫物體”？

答案不能。只是不會(huì)自發(fā)進(jìn)行機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化也有方向性機(jī)械能可以自發(fā)全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能內(nèi)能可不可以轉(zhuǎn)化為動(dòng)能？可以熱機(jī)內(nèi)能不會(huì)自發(fā)的全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能蒸汽輪機(jī)蒸汽機(jī)柴油機(jī)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)汽油機(jī)熱機(jī)：是一種把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置。思考：絕熱汽缸和活塞內(nèi)部有通電的電阻絲，內(nèi)部封閉一定質(zhì)量的理想氣體而處于平衡狀態(tài)，現(xiàn)對電阻絲通電，氣體吸收一部分熱量Q而對外緩慢做功。它能將吸收的熱全部用來做功嗎？PP0

體積增大，溫度必然升高，也就是說它無法自發(fā)的把吸收的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。必然還有一部分用來增加它的內(nèi)能。

威廉·湯姆遜即開爾文。因?yàn)樗诳茖W(xué)上的成就和對大西洋電纜工程的貢獻(xiàn)，獲英女皇授予開爾文勛爵銜,后世改稱他為開爾文.他對熱力學(xué)第一定律及熱力學(xué)第二定律的建立作出重大的貢獻(xiàn)。他利用卡諾循環(huán)建立絕對溫標(biāo)，他重新設(shè)定水的熔點(diǎn)為273.7度；沸點(diǎn)為373.7度。為了紀(jì)念他的貢獻(xiàn)，絕對溫度的單位以開爾文(Kelvin,K)來命名。

他在1851年發(fā)表題為“熱動(dòng)力理論”的論文，敏銳的察覺出機(jī)械能可以全部自發(fā)的轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，但內(nèi)能不能全部自發(fā)的轉(zhuǎn)化為機(jī)械能寫出熱力學(xué)第二定律的開爾文表述。1.克勞修斯表述：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。闡述的是傳熱的方向性。一、宏觀過程的方向性第4節(jié)

熱力學(xué)第二定律二、熱力學(xué)第二定律2.開爾文表述：不可能從單一熱庫吸收的熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其它影響。闡述的是內(nèi)能與機(jī)械能轉(zhuǎn)化的方向性。熱源冷凝器或大氣吸熱Q1放熱Q2熱機(jī)做功W效率η=wQ1根據(jù)開爾文表述：熱機(jī)自己是無法把從單一熱源吸收的熱量Q1全部用來做功的。但歷史上有人想讓熱機(jī)效率能達(dá)到100℅，稱之為第二類永動(dòng)機(jī)熱機(jī)1.克勞修斯表述:一、宏觀過程的方向性第4節(jié)

熱力學(xué)第二定律二、熱力學(xué)第二定律2.開爾文表述:注意：熱力學(xué)第二定律不適用于少量的微觀體系，也不能把它擴(kuò)展到無限的宇宙。3.其它表述:(1)一切宏觀自然過程的進(jìn)行都具有方向性。(2)氣體向真空的自由膨脹是不可逆的。(3)第二類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的。第一表述：按熱傳遞的方向性來表述第二表述：是按機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程的方向來表述。兩種表述的實(shí)質(zhì)它們的實(shí)質(zhì)是相同的，都涉及的是與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程，只是角度不同。

開爾文創(chuàng)建了熱力學(xué)溫標(biāo)，表明宇宙存在著溫度的下限：-273.150C。以這個(gè)下限為起點(diǎn)的溫度叫熱力學(xué)溫度，用T表示，單位是開爾文，符號是K。T=t+273.15K熱力學(xué)第三定律：絕對零度不可達(dá)到氫彈爆炸中心108K實(shí)驗(yàn)室已獲得的最高溫度6×107K太陽中心1.5×107K地球中心4×103K乙炔火焰2.9×103K金的凝固點(diǎn)1337.33K錫的凝固點(diǎn)505.078K月球的向陽面4×102K地球上出現(xiàn)的最高溫度331K地球上出現(xiàn)的最低溫度185K月球的背陰面90K氮的沸點(diǎn)77K氦的沸點(diǎn)4.2K星際空間2.7K實(shí)驗(yàn)室已獲得的最低溫度2.4×10-11K一些實(shí)際的溫度值思考判斷(1)熱量不能從低溫物體傳到高溫物體。(

)(2)不可逆過程指的是某過程只沿某個(gè)方向發(fā)生，而不可能在沒有外界影響(或不產(chǎn)生其他影響)的情況下沿相反方向發(fā)生。(

)(3)內(nèi)能不可能完全轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。(

)(4)一切形式的能量間的相互轉(zhuǎn)化都不具有可逆性。(

)×√××[精典示例][例1]

(多選)根據(jù)熱力學(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AD[針對訓(xùn)練1]

(多選)我們學(xué)習(xí)過的很多物理過程在實(shí)際中有的是可以實(shí)現(xiàn)的，有些卻不可以實(shí)現(xiàn)，下列所給的一些物理過程中，可能實(shí)現(xiàn)的有(

) A.水溫自然下降時(shí)，釋放的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 B.利用不同深度的海水溫度來制造一種機(jī)器，把海水的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 C.在粗糙水平面上運(yùn)動(dòng)的物體，它的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，使物體溫度升高 D.靜止在光滑水平面上的物體，溫度降低時(shí)釋放的內(nèi)能可以轉(zhuǎn)化為物體的動(dòng)能，使物體運(yùn)動(dòng)起來BC[精典示例][例2]

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(huì)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B[針對訓(xùn)練2]

關(guān)于兩類永