3.4 热力学第二定律-【帮课堂】2022-2023学年高二物理同步精品讲义（人教版2019选择性必修第三册）

3.4热力学第二定律 基础导学 要点一、热力学第二定律 1．定义：在物理学中，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；阐述的是传热的方向性。 3．热力学第二定律的开尔文表述： (1)热机 ①热机工作的两个阶段：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。 ②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。 (2)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。 要点二、能源是有限的 1．能源：具有高品质的容易利用的储能物质． 2．能量耗散：使用的能源转化成内能分散在环境中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”． 3．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，能源减少了． 要点突破 突破一：热力学第二定律理解中的几个问题 1．单一热库：指温度均匀并且恒定不变的系统．若一系统各部分温度不相同或者温度不稳定，则构成机器的工作物质可以在不同温度的两部分之间工作，从而可以对外做功．据报道，有些国家已在研究利用海水上下温度不同来发电． 2．其他影响：指除了从单一热库吸收的热量，以及所做的功以外的其他一切影响；或者除了从低温物体吸收热量、高温物体得到相同的热量外，其他一切影响和变化．不是不能从单一热库吸收热量而对外做功，而是这样做的结果，一定伴随着其他变化或影响．同样，也不是热量不能从低温物体传到高温物体，而是指不产生其他影响的自动热传递是不可能的． 3．关于“不可能”：实际上热机或制冷机系统循环终了时，除了从单一热库吸收热量对外做功，以及热量从低温热库传到高温热库以外，过程所产生的其他一切影响，不论用任何曲折复杂的办法都不可能加以消除． 4．两种表述是等价的 如果克劳修斯表达不成立，则开尔文表述也不成立． 5．热力学第二定律的实质 热力学第二定律的每一种描述，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． 突破二：热力学第一、第二定律的比较及两类永动机的比较 1．热力学第一定律与热力学第二定律的比较 规律 区别联系 热力学第一定律 热力学第二定律 区别 热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的体现，否定了创造能量和消灭能量的可能性，从而否定了第一类永动机 热力学第二定律反映了一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，从而否定了第二类永动机 联系 两定律都是热力学基本定律，分别从不同角度揭示了与热现象有关的物理过程所遵循的规律，二者相互独立，又相互补充，都是热力学的理论基础 2.两类永动机的比较 比较项 第一类永动机 第二类永动机 设计 要求 不消耗任何能量，可以不断地对外做功(或只给予很小的能量启动后，可以永远运动下去) 将内能全部转化为机械能，而不引起其他变化(或只有一个热源，实现内能与机械能的转化) 不可能的原因 违背了能量守恒定律 违背了热力学第二定律 典例精析 题型一：对热力学第二定律的理解 例一、（多选）根据热力学第二定律分析，下列说法中正确的是(　　) A．热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体 B．热量能够从高温物体传到低温物体，也可以从低温物体传到高温物体 C．机械能可以全部转化为内能，但变化的内能不可以全部转化为机械能 D．机械能可以全部转化为内能，变化的内能也可以全部转化为机械能 变式迁移1：关于永动机和热力学定律的讨论，下列叙述正确的是(　　) A．第二类永动机违反能量守恒定律 B．如果物体从外界吸收了热量，则物体的内能一定增加 C．外界对物体做功，则物体的内能一定增加 D．做功和热传递都可以改变物体的内能，但从能量转化或转移的观点来看这两种改变方式是有区别的 题型二：热力学第二定律的应用 例二．（多选）如图所示为电冰箱的工作原理示意图．压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环．在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外，下列说法正确的是(　　) A．热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外 B．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能 C．电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律 D．电冰箱的工作原理违反热力学第一定律 变式迁移2：关于热现象和热学规律，下列说法中正确的是(　　) A．随着低温技术的发展，我们可以使温度逐渐降低，并达到绝对零度，最终实现热机效率100% B．热量是不可能从低温物体传递给高温物体的 C．第二类永动机遵守能量守恒定律故能制成 D．用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做功2.0×105 J，同时空气