3.4热力学第二定律-2022-2023学年高二物理备课高效互动课件（人教2019选择性必修第三册）

高中物理选择性必修第三册 第三章 热力学定律 热力学定律 3.4 热力学第二定律 高中物理选择性必修第三册 第三章 热力学定律 热力学定律 思考： 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？ 高中物理选择性必修第三册 第三章 热力学定律 热力学定律 回顾旧知： 1、热力学第一定律 2、能量守恒定律 思考与讨论： 根据能量守恒定律，在自然界发生的一切过程中能量都是守恒的。那么符合能量守恒的宏观过程是否都能发生呢？ 将一块烧红的铁块投入水中，会出现什么现象？ 铁块温度降低，水的温度升高。 还是 铁块温度更高，水的温度更低。 高中物理选择性必修第三册 第三章 热力学定律 高中物理选择性必修第三册 第三章 热力学定律 气体自由膨胀 还是 气体自由收缩 无数事实告诉我们，凡是实际的过程，只要涉及热现象，都有特定的方向性。这些过程可以自发地朝某个方向进行，即使不违背能量守恒定律，我们也从未见到它们会自发地进行。一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。 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.（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） 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. 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： 说明： （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。 一、热力学第二定律 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 ？ 一、热力学第二定律 一个在水平地面上运动的物体，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。 我们能不能看到这样的现象：一个放在水平地面上的物体，靠降低温度，可以把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来． 一、热力学第二定律 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。 一、热力学第二定律 结论：机械能和内能转化具有方向性。 一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。 在物理学中，反映宏观自然过程的方向性的定律就是热力学第二定律（second law of thermodynamics). 一、热力学第二定律 热机是一种把内能转化为机械能的装置 气缸中的气体得到燃料燃烧时产生的热量Q1 推动活塞做功W 排出废气，同时把热量Q2散发到大气中。 Q1=W+Q2 热机效率η=W/Q1 一、热力学第二定律 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.(该表述阐述了机械能与内能转化的方向性). 4.热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述是等价的. 一、热力学第二定律 一、热力学第二定律 5、热力学第二定律的其他描述： （1）一切宏观自然过程的进行都具有方向性。 （2）气体向真空的自由膨胀是不可逆的。 （1）适用于宏观过程对微观过程不适用。 （2）孤立系统有限范围。 6、热力学第二定律的适用范围： 7、热力学第二定律与热力学第一定律的关系： 热力学第一定律是和热现象有关的物理过程中能量守恒的特殊表达形式，说明功及热量与内能改变的定量关系，而第二定律指出了能量转化与守恒能否实现的条件和过程进行的方向，指出了