熱力學(xué)第二定律（高中物理教學(xué)課件）完整版

04.熱力學(xué)第二定律一切自然過程必須符合能量守恒定律，那么符合能量守恒定律的宏觀過程是否都能發(fā)生呢？熱傳遞現(xiàn)象表明熱量可以自發(fā)地由高溫物體傳給低溫物體，自發(fā)二字指的是：不需要任何第三者的介入、不會(huì)對(duì)任何第三者產(chǎn)生任何影響。問題：熱量能從低溫物體傳給高溫物體嗎？冰箱工作的時(shí)候熱量能從低溫物體傳給高溫物體，但并不是自發(fā)的，這個(gè)過程必須有第三者的介入：必須開動(dòng)冰箱的壓縮機(jī)。如果不供電，冰箱的壓縮機(jī)會(huì)停止工作，自發(fā)的過程則是熱量從冰箱外的高溫空氣傳向冰箱內(nèi)的低溫食品。擴(kuò)散會(huì)自發(fā)進(jìn)行，但要回到初始狀態(tài)必須借助外界的幫助。在水平地面上滑動(dòng)的物塊，由于要克服摩擦力做功，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。能不能看到這樣的現(xiàn)象：水平地面上的物塊，靠降低溫度，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？

功可以自發(fā)的變成熱，而熱不可能自發(fā)的用來做功。以上事例共同特征：一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是不可逆的。一.熱力學(xué)第二定律1.熱力學(xué)第二定律：反映宏觀自然過程的方向性的定律。2.熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。即：不可能將熱量從低溫物體傳到高溫物體而不引起其它變化。①這是從熱傳遞的方向性角度來闡述的。②自發(fā)的方向是從高溫物體指向低溫物體。③熱量可以從低溫物體傳到高溫物體，但是引起了“其它變化”，例如利用致冷機(jī)做功。熱機(jī)：熱機(jī)是指各種利用內(nèi)能做功的機(jī)械。是將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能再轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的機(jī)器。汽油機(jī)柴油機(jī)蒸汽機(jī)蒸汽輪機(jī)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)一.熱力學(xué)第二定律一.熱力學(xué)第二定律從能量的角度看，熱機(jī)的工作分為兩個(gè)階段：第一個(gè)階段是燃燒燃料，把燃料中的化學(xué)能變成工作物質(zhì)的內(nèi)能；第二個(gè)階段是工作物質(zhì)對(duì)外做功，把自己的內(nèi)能變成機(jī)械能。熱機(jī)工作時(shí)從高溫?zé)釒?kù)吸收的熱量Q，只有一部分用來做功W，轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，另一部分熱量要排放給低溫?zé)釒?kù)（冷凝器或大氣）。即：熱機(jī)用于做功的熱量一定小于它從高溫?zé)釒?kù)吸收的熱量，即W＜Q。熱機(jī)工作時(shí)通常會(huì)產(chǎn)生漏氣熱損、散熱熱損和摩擦熱損等熱量損失。如果沒有漏氣和摩擦，也沒有機(jī)體熱量的損失，燃料產(chǎn)生的熱量也不可能完全轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，工質(zhì)吸收的熱量不會(huì)全部變成功。例如，汽車排出氣體的溫度一定會(huì)比空氣的溫度高，它會(huì)向空氣散熱。一.熱力學(xué)第二定律一.熱力學(xué)第二定律3.熱力學(xué)第二定律的開爾文表述：不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響。①這是從機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性角度來闡述的。②自發(fā)的方向是機(jī)械能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能。機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能無法全部用來做功轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，效率達(dá)不到100%。有人就曾經(jīng)設(shè)想，把地球上的海水溫度降低0.1℃，放出的能量相當(dāng)于1800萬(wàn)個(gè)核電站一年的發(fā)電量，這是不可能的。③內(nèi)能可以用來做功轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，但是有“其它影響”，例如利用熱機(jī)做功?？藙谛匏贡硎觯翰豢赡軐崃繌牡蜏匚矬w傳到高溫物體而不引起其它變化（熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體）開爾文表述：不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響①克勞修斯表述和開爾文表述是等價(jià)的．②對(duì)任何一類宏觀過程進(jìn)行方向的說明，都可以作為熱力學(xué)第二定律的表述。例如：氣體向真空的自由膨脹是不可逆的。4.熱力學(xué)第二定律的意義：揭示了有大量分子參與的宏觀過程的方向性，是獨(dú)立于熱力學(xué)第一定律的一個(gè)重要自然規(guī)律．一.熱力學(xué)第二定律5.第二類永動(dòng)機(jī)：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起其它變化叫做第二類永動(dòng)機(jī)。①機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性．盡管機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能卻不能在不引起其他變化全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能．熱力學(xué)第二定律的另一種表述就是：第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成。②第一類永動(dòng)機(jī)和第二類永動(dòng)機(jī)都不可能制成，第一類永動(dòng)機(jī)的設(shè)想違反了能量守恒定律；第二類永動(dòng)機(jī)的設(shè)想雖不違反能量守恒定律，但違背了跟熱現(xiàn)象相聯(lián)系的宏觀自然過程具有方向性的規(guī)律（熱力學(xué)第二定律）?？匆环N熱機(jī)設(shè)計(jì)方案是否可行，不僅要看是否遵守能量守恒定律，還要看是否滿足熱力學(xué)第二定律。一.熱力學(xué)第二定律二.能量耗散與能源危機(jī)1.能量耗散：能源的使用轉(zhuǎn)化成內(nèi)能分散在環(huán)境中，使周圍環(huán)境升溫，分散在環(huán)境中的內(nèi)能不能自動(dòng)聚集起來驅(qū)動(dòng)機(jī)器做功，這樣的轉(zhuǎn)化過程叫作“能量耗散”。2.能源：具有高品質(zhì)的容易利用的儲(chǔ)能物質(zhì)，例如石油、天然氣、煤等。3.能源危機(jī)：能源的使用過程中雖然能的總量保持不變，但能量的品質(zhì)下降了。能源在減少所以我們要節(jié)約能源。4.能量與能源的區(qū)別：①能量是守恒的，既不會(huì)增加也不會(huì)減少。②能源是能夠提供可利用能量的物質(zhì)。③能的總量雖然不變，但能源在不斷減少，要節(jié)約能源。閱讀書本了解內(nèi)容：熵與熵增加原理。例1.下列說法中，正確的是(

)A．一切形式的能量間的相互轉(zhuǎn)化都具有方向性B．熱量不可能由低溫物體傳給高溫物體C．氣體的擴(kuò)散過程具有方向性D．一切形式的能量間的相互轉(zhuǎn)化都不具有可逆性例2.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，而不引起其它變化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，而不引起其它的變化的熱機(jī)是可實(shí)現(xiàn)的C．致冷系統(tǒng)能將冰箱里的熱量傳給外界較高溫度的空氣中而不引起其它變化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CAD例3.根據(jù)熱力學(xué)第二定律，下列判斷正確的是（）A．電流的能不可能全部變?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)殡娔蹸．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度物體．例4.如圖所示文藝復(fù)興時(shí)期意大利的達(dá)·芬奇造了一個(gè)永動(dòng)機(jī)裝置。他設(shè)計(jì)時(shí)認(rèn)為，右邊的重球比左邊的重球離輪心更遠(yuǎn)些，在兩邊不均衡的作用下會(huì)使輪子沿箭頭方向轉(zhuǎn)動(dòng)不息()A．這是第一類永動(dòng)機(jī)B．這是第二類永動(dòng)機(jī)C．它不可能成功，因?yàn)檫`反能的轉(zhuǎn)化及守恒定律D．它不可能成功，因?yàn)檫`反熱力學(xué)第二定律BCDAC例5.下列說法正確的是()A．在自然條件下，熱傳遞的過程是不可逆的B．熱量不可能由高溫物體傳遞給低溫物體C．氣體的擴(kuò)散過程具有方向性D．一切形式能量轉(zhuǎn)化都不具有方向性例6.下列說法中可行的是()①將地球上所有海水的溫度降低0.1℃，以放出大量?jī)?nèi)能供人類使用②制造一種機(jī)器，把物體與地面摩擦所產(chǎn)生的熱量全部收集起來再全部加以使用③建造一只可以從海洋中提取熱量的船，把熱量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)螺旋槳旋轉(zhuǎn)④制造一種效率為100％的熱機(jī) A.．①可行

B．①④可行C．②④可行

D．①②③④都不可行ACD例7.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，而不引起其它變化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，而不引起其它的變化的熱機(jī)是可實(shí)現(xiàn)的C．致冷系統(tǒng)能將冰箱里的熱量傳給外界較高溫度的空氣中而不引起其它變化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例8.根據(jù)熱力學(xué)定律和分子動(dòng)理論，可知下列說法中正確的是（）A．我們可以利用高科技手段，將流散到周圍環(huán)境中的內(nèi)能重新收集起來加以利用而不引起其它變化B．利用淺層海水和深層海水之間的溫度差制造一種熱機(jī)，將海水的一部分內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，這在原理上是可行的C．分子間的作用力總是隨分子間的距離增大而減小D．溫度升高時(shí)，物體中每個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)速率都將增大B例9.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(