3.4热力学第二定律-2021-2022学年高二物理精品课件（2019人教版选择性必修第三册）

第三章 热力学定律 3.4热力学第二定律 晓峰物理 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？ 情景引入 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。 符合能量守恒定律的宏观过程都能自发地进行吗？ 物体间的热传递有特定的方向性： 只能自发地从高温物体传递到低温物体，或从物体的高温部分传递到物体的低温部分。 温故知新 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。 符合能量守恒定律的宏观过程都能自发地进行吗？ 气体的膨胀有特定的方向性： 只能自发地向低压空间膨胀。 温故知新 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。 符合能量守恒定律的宏观过程都能自发地进行吗？ 扩散有特定的方向性： 只能自发地由密度大的区域向密度小的区域扩散。 温故知新 无数事实告诉我们，凡是实际的过程，只要涉及热现象，都有特定的方向性。这些过程可以自发地朝某个方向进行，例如，热由高温物体传向低温物体，而相反的过程，即使不违背能量守恒定律，我们也从未见到它们会自发地进行。这就是说，一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。 在物理学中，反映宏观自然过程的方向性的定律就是热力学第二定律。 随堂小结 一、热力学第二定律 热量不能自发地从低温物体传到高温物体。 热力学第二定律是用否定语句表述的（绝大多数物理定律都是用肯定语句表述的），它告诉我们什么样的过程不可能发生。 1、热力学第二定律的克劳修斯表述： ——德国物理学家克劳修斯在1850年提出。 ⑴这里阐述的是热传递的方向性。 ⑵“自发”二字的意义： 当两个物体接触时，不需要任何第三者的介入、不会对任何第三者产生任何影响，热量就能从一个物体传向另一个物体。 ⑶克劳修斯表述也相当于： 如果一台制冷机，制冷系数为： ，W为外界对机器做的功，Q2为从低温物体吸收的热量。 不可能造成这样一台制冷机器，W→0，ε→∝，该机器在一个循环动作完成后，外界没有变化，唯一的结果是把Q2从低温物体传送到高温物体。 当两个温度不同的物体接触时，这个“自发”的方向是从高温物体指向低温物体的。 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？ 电冰箱工作时热量的确从低温物体——冰箱内的食品，传到了高温物体——冰箱外的空气。但是这不是自发的过程，这个过程必须有第三者的介入，即压缩机消耗电能，对制冷系统做了功 一旦切断电源，冰箱的压缩机就停止工作，电冰箱就不能把其内部的热量传给外界的空气了。自发的过程是热量从冰箱外的高温空气传向冰箱内的低温食品，使其温度逐渐升高。  思考与讨论 热传导的方向性 1、热传导的过程是有方向性的，这个过程可以向一个方向自发地进行，但是向相反的方向却不能自发地进行。 2、要实现相反方向的过程，必须借助外界的帮助，因而产生其它影响或引起其它变化。 热量不可能从低温物体传到高温物体而不产生其他影响。  随堂小结 热机的工作过程 ⑴从能量转化的角度看，热机的工作分为两个阶段： ①燃烧燃料 工作物质把自己的内能变成机械能 燃料中的化学能变成工作物质的内能 ②对外做功 ⑵从能流分配的角度看： W<Q 温故知新 一、热力学第二定律 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。 2、热力学第二定律的开尔文表述： ——英国物理学家开尔文在1851年提出。 ⑴这里阐述的是机械能与内能转化的方向性。 ⑵“不可能从单一热库吸收热量”的意义： 不仅要从一个热库吸热，而且一定会向另一个热库放热。 机械能可以全部转化为内能，而内能无法全部用来做功以转换成机械能。 如果一台热机，效率为： ，热机从热源吸取的热量Q1全部变成功W，即Q2＝0，该机器唯一的结果就是从单一热源吸取热量全部变成功而不产生其它影响。此时热机的效率η＝1， η＝1的热机称为第二类永动机。 ⑶克劳修斯表述也可以改为： 第二类永动机是不可能制造成功的。 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