熱力學(xué)第二定律+高二下學(xué)期物理教科版（2019）選擇性必修第三冊+

第三章第三節(jié)熱力學(xué)第二定律目錄1自然界中宏觀過程的方向性2熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述3熱力學(xué)第二定律的開爾文表述一、自然界中宏觀過程的方向性情景一：一滴紅色顏料滴進(jìn)一杯清水，會發(fā)生什么現(xiàn)象？紅色顏料在清水中擴(kuò)散，整杯水將均勻地變紅問題：水中擴(kuò)散后的顏料是否可以自發(fā)地重新聚集在一起，而其余部分又變成清水？不會因?yàn)榉肿拥臄U(kuò)散運(yùn)動是從密度較大的區(qū)域向密度較小的區(qū)域進(jìn)行并且這個過程是不可逆情景二：將一塊燒紅的鐵塊投入冷水中，會發(fā)生什么現(xiàn)象？鐵塊放熱，溫度降低，水吸熱，溫度升高；最終兩者溫度相同。問題：一段時間后會不會出現(xiàn)鐵塊溫度升高，水的溫度降低的情況？不會出現(xiàn)；說明熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體而不可以自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體一、自然界中宏觀過程的方向性情景三：有一瓶棕色N02氣體，一瓶無色空氣，把盛有空氣的瓶子倒扣在上面，把中間的玻璃片拿開，使瓶子相通，通過一段時間可以看見，什么現(xiàn)象？不可逆，氣體的擴(kuò)散現(xiàn)象具有方向性，這種均勻的混合氣體不會自發(fā)地分開而成為兩種不同的氣體問題：氣體的膨脹過程可逆嗎？兩種氣體逐漸混合在一起，最后成為均勻的混合氣體一、自然界中宏觀過程的方向性情景四：在粗糙的水平地面，一個滑塊向前滑行，經(jīng)過一段時間，會發(fā)現(xiàn)什么現(xiàn)象？滑塊停止運(yùn)動；由于摩擦力做負(fù)功，滑塊機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能問題：經(jīng)過一段時間物體能夠吸收原來傳遞出去的熱量后在地面上重新運(yùn)動起來嗎？不能，雖然機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，但這個過程是不可逆的。一、自然界中宏觀過程的方向性大量事實(shí)說明：一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都是不可逆的，即：具有方向性在物理學(xué)中，反映宏觀自然過程的方向性的定律就是熱力學(xué)第二定律。一、自然界中宏觀過程的方向性二、熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述①熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫物體高溫低溫自發(fā)外界做功外界環(huán)境發(fā)生變化想一想電冰箱通電后箱內(nèi)溫度低于箱外溫度，并且還會繼續(xù)能降溫，直到達(dá)到設(shè)定溫度。顯然這個是熱量從低溫物體傳到高溫物體。這一現(xiàn)象律是否違背了熱力學(xué)第二定律？不違背，冰箱內(nèi)低溫食品的確向冰箱外高溫空氣傳遞熱量。但這不是自發(fā)過程，有第三者介入：接入電源，壓縮機(jī)消耗電能，對制冷系統(tǒng)做了功。切斷電源冰箱壓縮機(jī)停止工作，自發(fā)過程是冰箱外高溫空氣把熱量傳遞個冰箱內(nèi)的低溫食品，這符合熱力學(xué)第二定律空調(diào)充電→壓縮機(jī)做功→空調(diào)制冷斷電→壓縮機(jī)不做功→空調(diào)停止制冷想一想高溫物體低溫物體可以實(shí)現(xiàn)但不能自發(fā)實(shí)現(xiàn)需要第三方介入當(dāng)有第三者介入時，熱量可以從低溫物體傳向高溫物體高溫?zé)釒霻1Q1低溫?zé)釒霻2Q2制冷機(jī)做功WQ1：向高溫?zé)釒旆懦龅臒崃縒：外界所做的功Q2：從低溫?zé)釒煳盏臒崃恐评錂C(jī)工作原理Q1=Q2+W(多選)下圖為電冰箱的工作原理示意圖.壓縮機(jī)工作時，強(qiáng)迫制冷劑在冰箱內(nèi)外的管道中不斷循環(huán).在蒸發(fā)器中制冷劑汽化吸收箱體內(nèi)的熱量，經(jīng)過冷凝器時制冷劑液化，放出熱量到箱體外。下列說法正確的是()A.熱量可以自發(fā)地從冰箱內(nèi)傳到冰箱外B.電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳到外界，是因?yàn)槠湎牧穗娔蹸.電冰箱的工作原理不違反熱力學(xué)第一定律D.電冰箱的工作原理違反熱力學(xué)第二定律BC

三、熱力學(xué)第二定律的開爾文表述②不可能從單一熱源吸收熱量，使之全部變成功，而不產(chǎn)生其他影響機(jī)械能內(nèi)能（熱）全部轉(zhuǎn)化（自發(fā)）轉(zhuǎn)化中有其他影響（要向低溫?zé)釒旆艧幔┎划a(chǎn)生其他影響：對周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學(xué)方面的影響，如吸熱、放熱、做功等熱機(jī)工作原理(內(nèi)燃機(jī)、蒸汽機(jī)、噴氣發(fā)動機(jī)）高溫?zé)釒霻1Q1低溫?zé)釒霻2Q2熱機(jī)對外做功WQ1：從高溫?zé)釒煳盏臒崃縒：對外界所做的功Q2：向低溫?zé)釒焐l(fā)的熱量Q1=Q2+W1.熱機(jī)的效率無法達(dá)到100%，總會有損耗<100%柴油機(jī)汽缸燃料產(chǎn)生的熱量Q輸出機(jī)械功W漏氣熱損散熱熱損摩擦熱損W<Q熱機(jī)工作時的能量變化2.任何熱機(jī)都不可能熱能（內(nèi)能）全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能如果一臺熱機(jī)，效率為：，熱機(jī)從熱源吸取的熱量Q1全部變成功W，即Q2＝0，該機(jī)器唯一的結(jié)果就是從單一熱源吸取熱量全部變成功、而不產(chǎn)生其它影響。此時熱機(jī)的效率η＝1(100%)，η＝1的熱機(jī)稱為第二類永動機(jī)。開爾文表述也可以改為：第二類永動機(jī)是不可能制造成功的第二類永動機(jī)不可能制成的原因：違背熱力學(xué)第二定律下列說法正確的有()A.第二類永動機(jī)和第一類永動機(jī)一樣，都違背了能量守恒定律，因此不可能制成B.根據(jù)能量守恒定律，經(jīng)過不斷地技術(shù)改進(jìn)，熱機(jī)的效率可以達(dá)到100%C.因?yàn)槟芰渴睾?，所以“能源危機(jī)”是不可能真正出現(xiàn)的D.自然界中的能量是守恒的，但能量有的便于利用，有的不便于利用，因此要節(jié)約能源D熱力學(xué)第二定律的兩種表述之間的關(guān)系（1）熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。實(shí)質(zhì)：熱傳遞的方向性（2）不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響實(shí)質(zhì)：機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程的方向注意：①兩種表述是等價的②如果克勞修斯表達(dá)不成立，則開爾文表述也不成立。課堂小結(jié)熱傳遞的方向性：一切與

有關(guān)的宏觀自然過程都具有方向性熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述熱量不可能自發(fā)地從物體傳遞到物體，闡述的是熱傳遞的1.兩個不同溫度物體相互接觸，熱量可以自發(fā)從高溫物體向低溫物體傳遞2.當(dāng)有第三者介入時，熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞

熱力學(xué)第二定律的開爾文表述不可能從單一熱源吸收熱量，使之全部變成，而不產(chǎn)生其他影響。1.熱機(jī)效率無法達(dá)到100%，總會有熱損2.任何熱機(jī)都不可能把內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化機(jī)械能第二類永機(jī)不可制成，不可以制成的原因：

熱力學(xué)第二定律的各種表述都是的，并可從一種表述導(dǎo)出另一種表述熱現(xiàn)象低溫高溫方向性.功等價違背熱力學(xué)第二定律[判斷](對的畫“√”，錯的畫“×”)(1)與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是可逆的.(

)(2)熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體.(

)(3)熱機(jī)工作時，熱量不可能完全轉(zhuǎn)化為機(jī)械能.(

)××√(多選)下列說法正確的是()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以實(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AC某校中學(xué)生參加某項(xiàng)活動，他們提出了下列四個設(shè)想方案，從