第3章 4.热力学第二定律—2020-2021学年新教材人教版（2019）高中物理选择性必修第三册讲义

4.热力学第二定律 学习目标：1．[物理观念]知道传热、扩散现象、机械能与内能的转化具有方向性，了解能量耗散和品质降低的内容，能解释相关现象。　2.[科学思维]理解热力学第二定律的两种表述，学会用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移及方向性问题，提高分析推理能力。　3.[科学探究]通过对热机效率的探讨，揭示热机效率不能达到100%的实质，学会与他人交流合作，提高探索科学的能力。　4.[科学态度与责任]学会科学家探索问题的方法，实事求是的科学态度，培养学习科学的兴趣。 阅读本节教材，回答第59页“问题”并梳理必要的知识点。 教材P59“问题”提示：扩散具有方向性，颜料不能自发地重新聚集在一起，其余部分不能变成清水。 一、热力学第二定律 1．热力学第二定律的克劳修斯表述 (1)内容：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。即传热的过程具有方向性。 (2)传热的方向性 ①热量可以自发地由高温物体传给低温物体。 ②热量不能自发地由低温物体传给高温物体。 ③一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。 说明：在表述中强调“自发”，就是不需要任何第三者介入，就能发生。 2．热力学第二定律的另一种表述 (1)热机 ①热机工作的两个阶段：第一个阶段是燃烧燃料，把燃料中的化学能变成工作物质的内能。第二个阶段是工作物质对外做功，把自己的内能变成机械能。 ②热机的效率：热机输出的机械功W与燃料产生的热量Q的比值。用公式表示：η＝eq \f(W,Q)。 (2)开尔文表达 不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。(该表述阐述了机械能与内能转化的方向性) 注意：热力学第二定律的克劳修斯和开尔文表述是等价的。 二、能源是有限的 1．能量耗散：有序度较高(集中度较高)的能量转化为内能，流散到环境中无法重新收集起来加以利用的现象。 2．各种形式的能量向内能的转化，是无序程度较小的状态向无序程度较大的状态的转化，是能够自动发生、全额发生的。 3．能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的自发变化过程具有方向性。 4．能量耗散虽然不会导致能量总量的减少，却会导致能量品质的降低，它实际上是将能量从高度有用的高品质形式降级为不大可用的低品质形式。 说明：虽然能量总量不会减少，但能源会逐步减少，因此能源是有限的资源。 1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)传热的过程是具有