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

第4节 热力学第二定律 考点一、自然过程的方向性 1．热传导具有方向性：热量会自发地从高温物体传给低温物体；要实现低温物体向高温物体传递热量，必须借助外界的帮助。 2．气体的扩散现象具有方向性：两种不同的气体可以自发地进入对方，最后成为均匀的混合气体，但这种均匀的混合气体，决不会自发地分开而成为两种不同的气体。 3．机械能和内能的转化过程具有方向性：物体在水平面上运动，因摩擦而逐渐停止下来，但绝不可能出现物体吸收原来传递出去的热量后，在地面上重新运动起来。 4．气体向真空膨胀具有方向性：气体可自发地向真空容器膨胀，但绝不可能出现气体自发地从容器中流出，容器变为真空。 5．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。 6．热力学第二定律：反映宏观自然过程的方向性的定律。 考点二、热力学第二定律的两种表述 1．克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。 （“自发地”是指热量从高温物体“自发地”传给低温物体的方向性。在传递过程中不会对其他物体产生影响或借助其他物体提供能量等。） 2．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。(即机械能与内能转化具有方向性) （“不产生其他影响”的涵义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响。如吸热、放热、做功等。） 3．热力学第二定律的实质：热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。 (1)一切宏观自然过程的进行都具有方向性。 (2)气体向真空的自由膨胀是不可逆的。 (3)第二类永动机是不可能制成的。 4．第二类永动机 (1)定义：只从单一热库吸收热量，使之完全变为功而不引起其他变化的热机。 (2)第二类永动机不可能制成的原因：虽然第二类永动机不违反能量守恒定律，但大量的事实证明，在任何情况下，热机都不可能只有一个热库，热机要不断地把吸取的热量变为有用的功，就不可避免地将一部分热量传给低温热库。 【例题】1．(多选)热力学第二定律指出(　　) A．气体的扩散过程具有方向性 B．一切形式的能量间的相互转化都具有方向性 C．热机效率η≤1 D．大量分子参与的宏观过程具有方向性 解析：选AD　由热力学第二定律知，气体的扩散现象具有方向性，并不是一切形式的能量