3.4 热力学第二定律（教学课件）-【上好课】高中物理同步备课（人教版2019选择性必修第三册）

第4节 热力学第二定律 第三章 人教版 选择性必修第三册 热力学第二定律 01 能源是有限的 02 典例分析 03 CONTENTS 目录 新课导入 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？ 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 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。 气体的膨胀有特定的方向性： 只能自发地向低压空间膨胀。 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。 凡是实际的过程，只要涉及热现象，都有特定的方向性。例如上面列举的这些例子，而相反的过程，即使不违背能量守恒定律，也不会自发地进行。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。 物体间的传热 气体的膨胀 扩散现象 有摩擦的机械运动 热现象 特定的方向 温度由高到低 体积由小到大 密度由密到疏 由功到热 反映宏观自然过程的方向性的定律就是热力学第二定律。 热力学第二定律 PART 01 1850年，德国物理学家克劳修斯(R.Clausius，1822-1888)将热力学第二定律表述为： 高温热库T1 低温热库T2 Q1 Q2 做功 制冷机 W 1、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：不可能制造这样一台机器，在一个循环动作后，只是将热量从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化） Q1：向高温热库放出的热量 W：外界所做的功 Q2：从低温热库吸收的热量 2、制冷机工作原理 Q1=Q2+W 热力学第二定律的克劳修斯表述 ⑴这里阐述的是热传递的方向性。 ⑵“自发”二字的意义： 当两个温度不同的物体接触时，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，热量就能从高温物体传向低温物体。 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。 克劳修斯表述的说明 (3)如果设想克劳修斯表述不成立，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. 3、理解： (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”。如：夏天空调压缩机工作时，可将室内低温空气的热量传到室外高温的空气中去。 (1)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.” 克劳修斯表述 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 C 例题分析 AB 例题分析 2、(多选)下列说法中正确的是(　　) A．满足能量守恒定律的客观过程并不是都可以自发地进行的 B．一切宏观热力学过程都具有方向性 C．制冷系统将冰箱内温度较低的食品的热量传给外界较高温度的空气，这违反了“热量只能从温度较高的物体传到温度较低的物体”的规律 D．电冰箱从箱内温度较低的食品吸收的热量等于冰箱向外界空气释放的热量 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。 思考与讨论 低温 冰箱内的食品 高温 冰箱外的空气 自发 外界做功 向压缩机供电 停止供电 1851，英国物理学家开尔文将热力学第二定律表述为： 1、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。（即：不可能制造这样一台机器，在一个循环动作后，只是从单一热库吸收热量，使之完全变为功，而不引起其他变化） 2、热机工作原理 高温热库T1 低温热库T2 Q1 Q2 对外做功 热机 W Q1：从高温热库吸收的热量 W：对外界所做的功 Q2：向低温热库散发的热量 Q1=Q2+W 热机的效率小于1