高中物理 3.4 熱力學第二定律課件 粵教版選修3-3.ppt

1、,第三章熱力學基礎 第四節(jié)熱力學第二定律,高中物理選修3-3粵教版,目標定位 1.通過自然界中客觀過程的方向性，了解熱力學第二定律 2.了解熱力學第二定律的兩種不同表述，以及兩種表述的物理實質 3.了解什么是第二類永動機，知道為什么它不能制成 4.了解熱力學第二定律的微觀實質 5.了解熵是反映系統(tǒng)無序程度的物理量,一、熱傳導的方向性 1兩個溫度不同的物體互相接觸時，熱量會自發(fā)地從 物體 傳給 物體，但不會自發(fā)地從 物體傳給 物體這 說明：熱傳導過程是有 的 2熱力學第二定律是一條反映自然界過程進行 和 的規(guī)律,預習導學,高溫,低溫,低溫,高溫,方向性,方向,條件,二、機械能和內能轉化過程的方向

2、性 1機械能和內能轉化過程具有 性，即機械能全部轉化為內能的過程是可以 進行的，內能全部轉化為機械能的過程，是不能 進行的，要將內能全部轉化為機械能，必然會引起其他影響 2第二類永動機 (1)定義 從 吸熱全部用來 ，而不引起其他變化的熱機 (2)第二類永動機不可能制成的原因是它違背了 定律,預習導學,方向,自發(fā),自發(fā),單一熱源,做功,熱力學第二,三、熱力學第二定律的表述 1第一種表述(克勞修斯表述)：熱量不能 從低溫物體傳遞到高溫物體(按照熱傳導的方向性來表述的) 2第二種表述(開爾文表述)：不可能從 吸收熱量并把它全部用來 ，而不引起其他變化(按照機械能與內能轉化過程的方向性來表述的) 熱

3、力學第二定律的這兩種表述是 的熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有 ,預習導學,自發(fā)地,單一熱源,做功,等價,方向性,3自然界中一切與 有關的自然過程都具有方向性 想一想熱傳導的方向性能否簡單理解為“熱量不會從低溫物體傳給高溫物體”？ 答案不能“自發(fā)地”是指沒有第三者影響，例如空調、冰箱等制冷機就是把熱量從低溫物體傳到了高溫物體，但是也產生了影響，即外界做了功,預習導學,熱現(xiàn)象,四、熱力學第二定律的微觀實質 1做功是與分子群體的 運動聯(lián)系在一起的，內能是和分子 的 運動聯(lián)系在一起的，機械能轉化為內能的過程，從微 觀上來說，是大量分子的 運動朝 運動的方向轉換 的過程，其相反方向的過程是大量分子從 運動朝 運

4、動方向轉換的過程 2熱傳導過程是使物體內部分子的熱運動由比較 的狀態(tài)向 的狀態(tài)轉化的過程,預習導學,無序,有序,有序,無序,無序,有序,有序,無序,3熱力學第二定律的微觀實質 與熱現(xiàn)象有關的自發(fā)的宏觀過程，總是朝著分子熱運動狀態(tài) 增加的方向進行的 五、熵 意義：描述物體的無序程度，物體內部分子熱運動無序程度越高，物體的熵就 .,預習導學,無序性,越大,一、宏觀過程的方向性 1熱傳導具有方向性：兩個溫度不同的物體相互接觸時，熱量會自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體，結果使高溫物體的溫度降低，低溫物體的溫度升高 2氣體的擴散現(xiàn)象具有方向性：兩種不同的氣體可以自發(fā)地進入對方，最后成為均勻的混合氣體，但這種

5、均勻的混合氣體，決不會自發(fā)地分開，成為兩種不同的氣體,課堂講義,課堂講義,3機械能和內能的轉化過程具有方向性：物體在水平面上運動，因摩擦而逐漸停止下來，但絕不可能出現(xiàn)物體吸收原來傳遞出去的熱量后，在地面上重新運動起來 4氣體向真空膨脹具有方向性：氣體可自發(fā)地向真空容器膨脹，但絕不可能出現(xiàn)氣體自發(fā)地從容器中流出，容器變?yōu)檎婵?5在整個自然界中，無論有生命的還是無生命的，所有的宏觀自發(fā)過程都具有單向性，都有一定的方向性，都是一種不可逆過程,課堂講義,例1(雙選)下列說法正確的是() A熱量能自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體 B熱量不能從低溫物體傳到高溫物體 C熱傳遞是自發(fā)的雙向的 D氣體向真空中膨脹的

6、過程是有方向性的 答案AD,課堂講義,解析如果是自發(fā)地進行，熱量只能從高溫物體傳到低溫物體，但這并不是說熱量不能從低溫物體傳到高溫物體，只是不能自發(fā)地進行，在外界條件的幫助下，熱量也能從低溫物體傳到高溫物體，A對，B、C錯；氣體向真空中膨脹的過程也是不可逆，具有方向性的，D對,課堂講義,借題發(fā)揮兩個溫度不同的物體相互接觸時，熱量會自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體，使高溫物體的溫度降低，低溫物體的溫度升高，這個過程是自發(fā)進行的，不需要任何外界的影響或者幫助，有時我們也能實現(xiàn)熱量從低溫物體傳給高溫物體，如電冰箱，但這不是自發(fā)地進行的，需要消耗電能，其實自然界中所有的熱現(xiàn)象都是具有單向性的,課堂講義,二

7、、熱力學第二定律和熵 1克勞修斯表述是按熱傳導的方向性表述的熱量可以由低溫物體傳到高溫物體但不能是自發(fā)的，如：冰箱、空調 2開爾文表述是按照機械能與內能轉化過程的方向性來表述的不是不能從單一熱庫吸收熱量而對外做功，而是這樣做的結果，一定伴隨著其他變化或影響 3這兩種表述看似毫無聯(lián)系，其實是等價的，可以從一種表述導出另一種表述 4熱力學第二定律揭示了自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性,課堂講義,5熵較大的宏觀狀態(tài)就是無序性較大的宏觀狀態(tài)，在自發(fā)過程中熵總是增加的，即向無序性增加的方向進行 6從微觀的角度看，熱力學第二定律是一個統(tǒng)計規(guī)律：一個孤立系統(tǒng)總是從熵小的狀態(tài)向熵大的狀態(tài)發(fā)展，而

8、熵值較大代表著較為無序，所以自發(fā)的宏觀過程總是向無序度更大的方向發(fā)展,課堂講義,例2(雙選)根據(jù)熱力學第二定律可知，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是可以實現(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,課堂講義,答案AD 解析熱力學第二定律揭示了與熱現(xiàn)象有關的物理過程的方向性，機械能和內能的轉化過程具有方向性，機械能可以全部轉化為內能，而內能要轉化為機械能必須借助

9、外部的幫助，即會引起其他變化，A選項正確、B選項錯誤；熱傳遞過程也具有方向性，熱量能自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體，但是熱量要從低溫物體傳到高溫物體，必然要引起其他變化(外界對系統(tǒng)做功)，故C選項錯誤、D選項正確,課堂講義,借題發(fā)揮(1)一切物理過程均遵守能量轉化與守恒定律，但遵守能量守恒的物理過程不一定均能實現(xiàn) (2)熱力學第二定律的關鍵在于“自發(fā)性”和“方向性”,課堂講義,例3(雙選)下列關于熵的觀點中正確的是() A熵越大，系統(tǒng)的無序度越大 B對于一個不可逆絕熱過程，其熵總不會增加 C氣體向真空擴散時，熵值減小 D自然過程中熵總是增加的，是因為通向無序的渠道要比通向有序的渠道多得多 答案AD,課堂講義,解析