第四课 热力学第二定律（课件）-2022-2023学年高二物理同步精品课堂（人教版2019选择性必修第三册）

第十章 热力学定律 §10.4 热力学第二定律　 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？ 新课导入 想一想：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 问题：将一块烧红的铁块投入冷水中，会发生什么现象？ 铁块的温度降低，水的温度升高，最终两者温度相同． 思考： 将烧红的铁块投入水中，结果会不会铁块温度更高，水的温度更低？ 热量会自发地从高温物体传给低温物体,从而使低温物体升温， 高温物体温度降低. 没有任何外界的影响或帮助 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？ 电冰箱的工作原理 电冰箱消耗电能，对制冷系统做功，致冷系统不断地把箱内热量传给外界的空气，从而保持冰箱内部的温度比外部的低. 电冰箱的内部温度比外部温度低，为什么致冷系统还能不断地把箱内热量传给外界的空气？ 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. 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. 热传导具有方向性 气体扩散具有方向性 思考 会不会有这样的现象： 均匀混合的空气与溴气过一段时间会自发地变的界线分明 ？ 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. 一、热力学第二定律的一种表述 R.Clausius(1822-1888) (1)克劳修斯表述中强调了“在不引起其它的变化的条件下，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体.” (2)如果允许“其它变化”，例如利用致冷机做功，热量可以从低温物体传到高温物体上，而致冷机做功就属于“其它变化”. (3)如果设想克劳修斯表述不成立，即在无任何外界做功的情况下，热量就能从低温热源传向高温热源.按此设想就可制成一种无功致冷机，如图所示，它无需消耗功就能致冷.克劳修斯表述否定了这种可能性. 说明： 1．下列说法中，正确的是 (　　) A．一切形式的能量间的相互转化都具有方向性 B．热量不可能由低温物体传给高温物体C．气体的扩散过程具有方向性 D．一切形式的能量间的相互转化都不具有可逆性 热力学第二定律反映的所有与热现象有关的宏观过程都具有方向性 在产生其他影响的情况下,热量可以从低温物体传给高温物体.例如冰箱 C 例题： 一辆汽车在水平地面上滑行，由于克服摩擦力做功，最后要停下来.在这个过程中，物体的动能转化成为内能，使物体和地面的温度升高. 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。 热机工作的两个阶段： 有人提出这样一种设想，发明一种热机，用它把物体与地面摩擦所生的热量都吸收过来并对物体做功，将内能全部转化为动能，使因摩擦停止运动的物体在地面上重新运动起来，而不引起其它变化． 降温 我们能不能看到这样的现象： 一辆汽车靠降低温度，可以把内能自发地转化为动能，使汽车运动起来． 思考： 有没有这样的“逆过程”：从瓶中冲出去的气体又自动回到瓶中，瓶中气体的压强达到了将瓶塞冲开时的压强. 气体膨胀具有方向性 机械能和内能的转化过程具有方向性 机械能 内能 机械能 内能 自发 全部 自发 全部 × 二、热力学第二定律的另一种表述 热机效率η=W/Q1<100% Q1=W+Q2 热源 冷凝器 吸热 Q 1 放热 Q 2 热机 做功W 不可能从单一热库吸收，使之完全变成功，而不产生其他影响. 热力学第二定律的开尔文表述： L.w.T.Kelvins(1821-1907) 二、热力学第二定律的另一种表述 第二类永动机 热源 吸热 Q 1 热机 做功 冷凝器 不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其它变化. 热力学第二定律的开尔文表述又可以表述为： 第二类永动机是不可能制成的. 1．在热力学第二定律的表述中，“自发地”、“不产生其他影响”的涵义 (1)“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)“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