3.4热力学第二定律 课件-2023-2024学年高二下学期物理人教版（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（2019）选择性必修三 CONTENTS 目录 热力学第二定律 01 能源是有限的 02 熵与熵增加原理 03 学以致用提高练习 04 情景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？ 情景二：将一块烧红的铁块投入冷水中，会发生什么现象？ 铁块的温度降低，水的温度升高，最终两者温度相同。 问题：一段时间后会不会出现铁块温度更高，水的温度更低的情况？ 新课导入 知识讲解 课堂小结 随堂练习 布置作业 思考与讨论：能量守恒定律告诉我们，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。那么符合能量守恒定律的宏观过程都能自发地进行吗？请举例说明？ 融化的冰糕，是否可以在同温下是否可以重新凝固？ 撒了气的气球，是否可以自发的把散掉的气体重新收集起来？ 不能 不能 新课导入 知识讲解 随堂练习 课堂小结 布置作业 观看视频思考与讨论： 1.物体间的热传递过程可逆吗？ 2.气体的膨胀过程可逆吗？ 3.液滴的扩散过程可逆吗？ 新课导入 知识讲解 随堂练习 课堂小结 布置作业 现象解释： 1.不可逆，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。 2.不可逆，气体的膨胀有特定的方向性，只能自发地向低压空间膨胀。 3.不可逆，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。 共同特征： 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，而相反的过程，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。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。 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。 新课导入 知识讲解 随堂练习 课堂小结 布置作业 一、热力学第二定律 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） 克劳修斯 （1）制冷机工作原理 高温热库T1 低温热库T2 Q1 Q2 做功 制冷机 W Q1=Q2+W 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 新课导入 知识讲解 随堂练习 课堂小结 布置作业 （2）克劳修斯表述的说明 ③这里阐述的是热传递的方向性。 ①“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。 高温 低温 自发 除非外界做功外界环境发生变化 ②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。 新课导入 知识讲解 随堂练习 课堂小结 布置作业 【问题思考】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？ 不违背热力学第二定律 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。 新课导入 知识讲解 随堂练习 课堂小结 布置作业 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。（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） （1）制热机工作原理 高温热库T1 低温热库T2 Q1 Q2 对外做功 热机 W 开尔文 Q1=Q2+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 注意：热机的效率小于100%，就不可能把从高温热源吸收的热量全部转化为机械能，总有一部分热量散发到冷凝器或大气中。 新课导入 知识讲解 随堂练习 课堂小结 布置作业 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。 热机工作的两个阶段： 柴油机 汽缸 新课导入 知识讲解 随堂练习 课堂小结 布置作业 （2）开尔文表述的说明 ①“不可能从单一热库吸收热量”的意义：不仅要从一个热库吸热，而且一定会向另一个热库放热。 ②这里阐述的是机械能与内能转化的方向性。 机械能可以全部转化为内能，而内能无法全部用来做功以转换成机械能（过程是不可逆的） ③开尔文表述也可以改为：第二类永动机是不可能制造成功的。 如果一台热机