【步步高】鲁科版 高中物理 选修3-3 5 .3 热力学第二定律（讲授式）课件 （ 5份打包）

第5章 热力学定律 第3节 热力学第二定律　 热传递 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 可逆过程：一个系统由某一状态出发，经过某一过程到达另一状态，如果存在另一过程，它能使系统和外界完全复原，即系统回到原来的状态，同时消除原来过程对外界的一切影响，则原来的过程称为可逆过程。 不可逆过程：如果用任何方法都不能使系统和外界完全复原，则原来的过程称为不可逆过程。 热传递的过程是不可逆的，具有方向性的，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. 空气与溴气的扩散 气体扩散具有方向性 气体扩散具有方向性 动画：气体向真空扩散 重物下落带动轮叶旋转，通过搅拌对绝热容器内的液体做功，使液体升温，即状态发生变化. 功转化为热是不可逆的，具有方向性 我们能不能看到这样的现象：水温自动降低，产生水流，推动叶片转动，带动重物上升？ 高温热源 低温热源 工作物质 热机放热工作原理 热转化为功是不可逆的，具有方向性 凡是与热现象有关的宏观过程都具有方向性. 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). 共同特征： 一、自然过程的方向性 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 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 1.热力学第二定律的克劳修斯表述： 不可能使热量从低温物体传向高温物体而不引起其他变化. 二、热力学第二定律的表述 (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： 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. 热机效率η=W/Q1<100% Q1=W+Q2 高温热源 低温热源 热机 做功W 不可能从单一热源吸收热量，使之完全变为有用功而不引起其他变化. 2.热力学第二定律的开尔文表述： 低温热源 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. 第二类永动机 高温热源 热机 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成，对周围环境不产生热力学方面的影响.如吸热、放热、做功等. 说明 开尔文表述实质说明功变热过程的不可逆性，克劳修斯表述则说明热传导过程的不可逆性，两种表述是等价的,可用反证法证明, 违背开尔文表述一定违背克劳修斯表述 Q1──热机从T1吸热 A ──热机输出功 Q2──热机从T2吸热Q1+Q2──致冷机向T1放热 如果开尔文表述不成立，可制成一个单热源热机，将它同另一个制冷机组成复合机，如图所示，其总效果相当于一个无功致冷机，于是克劳修斯表述也就不成立. 3．热力学第二定律两种表述的比较 违背克劳修斯表述一定违背开尔文表述 开尔文表述实质说明功变热过程的不可逆性，克劳修斯表述则说明热传导过程的不可逆性，两种表述是等价的,可用反证法证明. 如果克劳修斯表述不成立，则可制成一个无功致冷机，将它同另一个热机组成复合机，如图所示，就可使复合机成为一单热源热机，即开尔文表述也不成立. T2──低温热源 Q2──热量通过假想装置自动地从T2传向T1 Q1──卡诺热机从T1吸热 A ──卡诺热机对外作功 4．热力学第二定律的实质 热力学第二定律的每一种表述，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. 5．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