3.4热力学第二定律 课件-2021-2022学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册

横县百合完全中学 韦衍虎 18276143537 3.4热力学第二定律 问题导入 一滴红色颜料滴进一杯清水中扩散，整杯水将均匀地变红。从系统的角度来看，扩散之前是一种状态，扩散后是另一种状态。那么，水中扩散后的颜料能否自发地重新聚集在一起，而其余部分又变成清水? 一、热力学第二定律 大家是否发现一些事件的发展过程具有方向性、不可逆性? 覆水难收 水往低处流 能量守恒定律告诉我们，在自然界发生的一切过程中能量都是守恒的，一个导致能量创生或能量消失的过程是不可能出现的。 思考：满足能量守恒定律的过程是否都能实现呢? 无数事实告诉我们，凡是实际的过程，一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。 物体间的传热 气体的膨胀 扩散现象 有摩擦的机械运动 热现象 特定的方向 温度由高到低 体积由小到大 密度由密到疏 由功到热 反映宏观自然过程的方向性的定律就是热力学第二定律。 克劳修斯 1.热力学第二定律的克劳修斯表述： 热量不能自发从低温物体传到高温物体。 ①物体间传热过程的方向性 高温 低温 自发 ②自发性： 不需要第三者介入、也不会对任何第三者产生影响。 外界做功 外界环境发生变化 思考与讨论 电冰箱通电后箱内温度低于箱外温度，并且还会继续降温，直至达到设定的温度。显然这是热量从低温物体传递到了高温物体。这一现象是否违背热力学第二定律呢? 低温 冰箱内的食品 高温 冰箱外的空气 自发 外界做功 向压缩机供电 停止供电 柴油机 汽缸 燃料的化学能 工作物质的内能 机械能 对外做功 燃烧 燃料产生的热量Q 输出机械功W 漏气热损 散热热损 摩擦热损 W< Q 思考：假设能避免这些损失，热机燃料产生的热量Q=W？ 高温热库 低温热库 Q W 燃料在燃烧（高温物体） 冷凝器或大气（低温物体） 自发 热机在工作过程中必然排出部分热量，热机用于做功的热量一定小于它从高温热库吸收的热量，即 W< Q 2.热力学第二定律的开尔文表述： 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。 ①热机的效率无法达到100%，总会有损耗。 机械能 内能（热） 全部转化（自发） 对第三者有影响 ②机械能与内能转化的方向性： 思考与讨论 在水平地面上滚动的足球，摩擦力做负功，其动能转化为内能，最终停了下来，同时产生的热量散失在周围的环境中。会不会有这样的现象∶静止在水平地面上的足球和地面、周围的空气自发地降低温度释放内能，并将释放出的内能全部转化为足球的动能，让足球又滚动起来? 机械能与内能转化的具有方向性 不管如何表述，热力学第二定律的实质在于揭示了：一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。 ②对任何一类宏观过程进行方向的说明，都可以作为热力学第二定律的表述。例如：气体向真空的自由膨胀是不可逆的。 热力学第二定律的两种表述之间有什么样的关系？ ①两种表述是等价的：可以从一种表述导出另一种表述，两种表述都称为热力学第二定律。 课堂练习 例1：下列说法正确的是（ ） A.热量不能由低温物体传递到高温物体 B.外界对物体做功，物体的内能必定增加 C.热机的效率可以达到100% D.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 D 课堂练习 例2：电冰箱能够不断地把热量从温度较低的冰箱内部传给温度较高的外界空气，这说明了（ ） A.热量能自发地从低温物体传给高温物体 B.在一定条件下，热量可以从低温物体传给高温物体 C.热量的传递过程不具有方向性 D.在自发的条件下热量的传递过程具有方向性 BD 课堂练习 例3：如图所示为电冰箱的工作原理示意图。压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环。在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体 外。下列说法正确的是（ ） A. 热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外 B. 电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能 C. 电冰箱的工作原理不违背热力学第一定律 D. 电冰箱的工作原理违背热力学第一定律 BC 课堂练习 例4：关于热力学第一定律和热力学第二定律，下列论述正确的是（ ） A. 热力学第一定律指出内能可以与其他形式的能相互转化，而热力学第二定律则指内能不可能完全转化为其他形式的能，故这两条定律是相互矛盾的 B. 内能可以全部转化为其他形式的能，只是会产生其他影响，故两条定律并不矛盾 C. 两条定律都是有关能量转化的规律，它们不但不矛盾，而且没有本质区别 D. 能量守恒定律已经包含了热力学第一定律和热力学第二定律 B 二、能源是有限的 自然界的一切变化，人类社会的所有活动，都伴随着能量的转移和转化