3.4 热力学第二定律 课件 -2022-2023学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

第三章 热力学定律 第四节 热力学第二定律 高一年级物理备课组 了解热力学第二定律的两种不同表述，以及这两种表述的物理实质 02 了解热传导过程的方向性，通过对自然现象中与热现象有关的宏观过程方向性的实例分析了解归纳热力学第二定律的过程和方法。 01 学习目标 能运用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移以及宏观自然过程的方向性问题 03 知道熵增加原理 04 新课导入 问题一：一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?你能得出什么结论？ 结论一：扩散现象进行是有方向的,过程是不可逆的。（微观） 新课导入 问题二：把刚煮好的热鸡蛋放在冷水中，过一会几，鸡蛋的温度降低，水的温度什高，最后水和鸡蛋的温度相同。是否可能发生这样的現象:原来温度相同的水和鸡蛋过一会儿水的温度自发的降低而鸡蛋温度自发上升，生蛋变成熟蛋？你能得出什么结论？ 结论二：热量自发地由高温物体向低温物体传递的过程是不可逆的。（宏观） 一、热力学第二定律 探究小结：自然界发生的一切过程能量都是守恒，并不是所有符合能量守恒的过程都能自发地进行，只要涉及热现象，无论是微观还是宏观，都有特定的方向性。 问题三：你还能举出类似的例子吗？ 如：热量有高温物体传向低温物体，而相反的过程，即使没有违背能量守恒定律，也不会自发发生。 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（自发进行） 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。 一、热力学第二定律 1.克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体. 对“自发”的理解：不需要第三者介入、也不会对任何第三者产生影响。 高温 自发 低温 自发 克劳修斯表述指明热传导过程是不可逆的。 二、克劳修斯表述 思考与讨论：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？如果停止供电，会出现什么现象？ 二、克劳修斯表述 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 二、克劳修斯表述 二、克劳修斯表述 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。如果停止供电，热量会自发地从空气进入冰箱。 三、开尔文表述 问题四：能量的转化是否也具有方向性？ 柴油机 思考与讨论：柴油机做功过程中能量的去向。并分析机械功和燃料产生热量之间的关系 燃料产生的热量Q 漏气热损 散热热损 摩擦热损 输出机械功W 即：Q＞W 结论：燃料产生的热量Q大于输出机械功W 思考：能否避免这些能量损失，使W=Q? 三、开尔文表述 内能耗散在空气中 高温热库 低温热库 Q W 燃料在气缸内燃烧(高温物体) 冷凝器或大气(低温物体) 自发 高温热库的热量（Q）不能全部转化为有用功( W ) 三、开尔文表述 即：W< Q 三、开尔文表述 2.开尔文表述：不可能从单一热源吸取热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。 对开尔文表述的理解： ①热机的效率无法达到100%，总会有损耗。 ②机械能与内能转化的方向性：机械能可以完全转化为内能，但内能不能完全转化为机械能 在整个自然界中，无论是他有生命的还是无生命的，所有的宏观自发过程都具有单向性，都有一定的方向性，都是一种不可逆过程。如河水向下流，重物向下落，山岳被侵蚀，人的一生从婴儿到老年到死亡等。 三、开尔文表述 课堂训练 1.正误判断 (1)机械能可以完全转化为内能。(　　) (2)内能不可能完全转化为机械能。(　　) (3)能够制成的热机既不违背能量守恒定律,也不违背热力学第二定律。( 　) (4)一个系统中个体排列的“有序”和“无序”是绝对的。(　　) (5)一个宏观态所对应的微观态数目越多,则熵越大。(　　) (6)热量不能自发地从低温物体传递到高温物体。(　　) (7)根据能量守恒定律可知,节约能源是没有必要的。(　　) (8)能量耗散会导致总能量减少,也会导致能量品质降低。(　　) (9)能源的开发和利用要考虑其对环境的影响。(　　) 答案(1)√　(2)×　(3)√　(4)×　(5)√　(6)√　(7)×　(8)×　(9)√ 2.下列说法正确的是 ( ) A．在自然条件下，热传递的过程是不可逆的 B．热量不可能由高温物体