第3章 第3,4节 热力学第二定律 熵——系统无序程度的量度（教师用书word）-2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第三册【精讲精练】鲁科版

第3节　热力学第二定律 第4节　熵——系统无序程度的量度 [学业要求与核心素养] 1．知道热力学第二定律的两种不同表述以及对两种表述的理解。 2．理解熵和熵增加原理。 3．知道传热的方向性及任何热现象的宏观过程都是不可逆的。 4．了解热力学第二定律，能运用热力学第二定律解决一些实际问题。 一、自然过程的方向性 1．可逆过程和不可逆过程。 (1)可逆过程：系统回到原来的状态，同时__消除__原来过程对外界的一切影响，则原来的过程为可逆过程。 (2)不可逆过程：如果用任何方法都不能使__系统__与__外界__完全复原，则原来的过程为不可逆过程。 2．热传导的方向性：温度不同的两个物体接触时，热量会自发地从__高温__物体传给__低温__物体，但不会自发地从__低温__物体传给__高温__物体。这说明：热传导具有__方向性__。 3．功转变为热的方向性。 在焦耳的叶轮搅水实验中，重物下落使水温上升，是__机械能__转化为__内能__的过程。与此相反过程，即水温自动降低，产生水流，推动叶片转动，带动重物上升的过程是不可能发生的，尽管它不违背__热力学第一定律__。这说明：功转变为热具有__方向性__。 4．热转变为功的方向性。 (1)热机：消耗__内能__对外做功的装置。 (2)原理：热机必须工作在两个__温度不同__的热源之间，通过工作物质，将从高温热源吸收的热量，一部分用来__对外做功__，另一部分完全损耗掉，损耗的热量不可能再自动地收集起来。这说明：热转变为功具有__方向性__。 5．结论：凡是与热现象有关的宏观过程都具有__方向性__。 二、热力学第二定律及第二类永动机 1．热力学第二定律的两种表述。 (1)第一种表述(克劳修斯表述)：不可能使热量从低温物体传向高温物体而不引起其他变化。 (2)第二种表述(开尔文表述)：不可能从__单一热源__吸取热量，使之完全变为__有用功__，而不引起其他变化。 热力学第二定律的这两种表述是__等价的__。热现象的宏观过程是__不可逆的__。 2．第二类永动机。 (1)定义：从__单一热源__吸收热量并使之__完全__转化为功而不产生其他影响的机器。 (2)第二类永动机不可能制成：第二类永动机并不违背热力学__第一定律__，但违背了热力学__第二定律__。 (3)热力学第二定律的又一种表述：第二类永动机是__不可能__制成的。 三、有序和无序 1．热传导这个过程使无序程度__增加__。 2．机械能转变为内能的过程是大量分子的__有序运动__向__无序运动__的转化过程。 3．热力学第二定律的微观本质：一切不可逆过程总是沿着大量分子热运动无序程度__增大__的方向进行。 四、熵和熵增加原理 1．熵：用来量度系统__无序程度__的物理量叫作熵。 2．熵增加原理：在孤立系统中的宏观过程必然朝着__熵增加__的方向进行，这就是熵增加原理。 孤立系统是指与外界既没有物质交换也没有__能量__交换的系统。 五、熵与能量退降 1．能量退降：在熵增加的同时，一切不可逆过程总是使得能量从可利用状态转化为不可利用状态，能量品质退化了，这种现象称为能量退降。 2．自然界的能量总量保持不变，但是能量品质正在退化，可利用的能量越来越少，人类必须节约能源，积极开发新能源。 1．(多选)下列说法正确的是(　　) A．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的 B．热量不会自发从高温物体传给低温物体 C．由冰箱能自发地把热量从低温物体传给高温物体 D．可以从单一热库吸收热量，使之完全变为功 答案　AD 2．(多选)下列说法正确的是(　　) A．第二类永动机违背了热力学第二定律 B．熵值越大代表着越有序 C．一个宏观态所对应的微观态数目越多，则熵越大 D．孤立系统的总熵可能增大，也可能减小 答案　AC 知识点一　对热力学第二定律的两种理解 1．自然过程的方向性： (1)热传导具有方向性。 两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，而低温物体不可能自发地将热量传给高温物体，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，因而产生其他影响或引起其他变化。 (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，绝不会自发地分开，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内膨胀，但绝不可能出现气体自发地从容器中流出，使容器内变为真空。 2．在热力学第二定律的表述中，“自发地”“不产生其他影响”“单一热库”“不可能”的含义： (1)“自发地”是指热量从高温