3-04热力学第二定律-2022-2023学年高二物理精编动态课件（人教版2019选择性必修第三册）

04.热力学第二定律 1 2023/2/26 一切自然过程必须符合能量守恒定律，那么符合能量守恒定律的宏观过程是否都能发生呢？ 热传递现象表明热量可以自发地由高温物体传给低温物体，自发二字指的是：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。 问题：热量能从低温物体传给高温物体吗？ 冰箱工作的时候热量能从低温物体传给高温物体，但并不是自发的，这个过程必须有第三者的介入：必须开动冰箱的压缩机。如果不供电，冰箱的压缩机会停止工作，自发的过程则是热量从冰箱外的高温空气传向冰箱内的低温食品。 扩散会自发进行，但要回到初始状态必须借助外界的帮助。 在水平地面上滑动的物块，由于要克服摩擦力做功，最后要停下来。在这个过程中，物体的动能全部自发的转化成为内能。 能不能看到这样的现象：水平地面上的物块，靠降低温度，把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来？ 功可以自发的变成热，而热不可能自发的用来做功。 以上事例共同特征：一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。 一.热力学第二定律 1.热力学第二定律：反映宏观自然过程的方向性的定律。 2.热力学第二定律的克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。 即：不可能将热量从低温物体传到高温物体而不引起其它变化。 ①这是从热传递的方向性角度来阐述的。 ②自发的方向是从高温物体指向低温物体。 ③热量可以从低温物体传到高温物体，但是引起了“其它变化”，例如利用致冷机做功。 热机：热机是指各种利用内能做功的机械。是将燃料的化学能转化成内能再转化成机械能的机器。 汽油机 柴油机 蒸汽机 蒸汽轮机 喷气发动机 一.热力学第二定律 一.热力学第二定律 从能量的角度看，热机的工作分为两个阶段：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。 热机工作时从高温热库吸收的热量Q，只有一部分用来做功W，转变为机械能，另一部分热量要排放给低温热库（冷凝器或大气）。即：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。 热机工作时通常会产生漏气热损、散热热损和摩擦热损等热量损失。如果没有漏气和摩擦，也没有机体热量的损失，燃料产生的热量也不可能完全转化成机械能，工质吸收的热量不会全部变成功。例如，汽车排出气体的温度一定会比空气的温度高，它会向空气散热。 一.热力学第二定律 一.热力学第二定律 3.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这是从机械能与内能转化的方向性角度来阐述的。 ②自发的方向是机械能转化成内能。机械能可以全部转化为内能，而内能无法全部用来做功转换成机械能，效率达不到100%。有人就曾经设想，把地球上的海水温度降低0.1 ℃，放出的能量相当于1800万个核电站一年的发电量 ，这是不可能的。 ③内能可以用来做功转换成机械能，但是有“其它影响”，例如利用热机做功。 克劳修斯表述：不可能将热量从低温物体传到高温物体而不引起其它变化（热量不能自发地从低温物体传到高温物体） 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克劳修斯表述和开尔文表述是等价的． 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。 4.热力学第二定律的意义：揭示了有大量分子参与的宏观过程的方向性，是独立于热力学第一定律的一个重要自然规律． 一.热力学第二定律 5.第二类永动机：人们把想象中能够从单一热源吸收热量，全部用来做功而不引起其它变化叫做第二类永动机。 ①机械能和内能的转化过程具有方向性．尽管机械能可以全部转化为内能，内能却不能在不引起其他变化全部转化成机械能． 热力学第二定律的另一种表述就是：第二类永动机不可能制成。 ②第一类永动机和第二类永动机都不可能制成，第一类永动机的设想违反了能量守恒定律；第二类永动机的设想虽不违反能量守恒定律，但违背了跟热现象相联系的宏观自然过程具有方向性的规律（热力学第二定律）。看一种热机设计方案是否可行，不仅要看是否遵守能量守恒定律，还要看是否满足热力学第二定律。 一.热力学第二定律 二.能量耗散与能源危机 1.能量耗散：能源的使用转化成内能分散在环境中，使周围环境升温，分散在环境中的内能不能自动聚集起来驱动机器做功，这样的转化过程叫作“能量耗散”。 2.能源：具有高品质的容易利用的储能物质，例如石油、天然气、煤等。 3.能源危机：能源的使用过程中虽然能的总量保持不变，但能量的品质下降了。能源在减少所以我们要节约能源。 4.能量与能源的区别： ①能量是守恒的，既不会增加也不会减少。 ②能源是能够提供可利用能量的物质。 ③能的总量虽