3.3 热力学第二定律 课件-2024-2025学年高二下学期物理粤教版（2019）选择性必修第三册

3.3 热力学第二定律 第三章 热力学定律 学习目标 1.知道热传导、机械能与内能的转化、扩散的方向性， 2.了解热力学第二定律的内容并能解释相关现象； 3.理解热力学第二定律的两种表述，学会用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移及方向性问题，提高分析推理能力。 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． 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. 思考：将烧红的铁块投入水中，结果会不会铁块温度更高，水的温度更低？ NO 不可逆 一、热传导的方向性 高温物体 低温物体 自发 自发 × 方向性 满足能量守恒的过程不一定都能发生 热传递的过程是有方向性的，热量可以自发地从高温物体向低温物体传递。 思考：如何实现热量从低温物体传给高温物体？ 接通电源，冰箱消耗电能，对冷却系统做功，不断地将热量从电冰箱内部的低温区传递到外部空气的高温区。 断开电源，冰箱停止工作，外界热量又会自发地传给冰箱。 电冰箱的内部温度比外部温度低，为什么致冷系统还能不断地把箱内热量传给外界的空气？ 热力学第二定律的克劳修斯表述 自发：发生热传递的两个物体不需要外界帮助， 也不需要外界环境变化。 高温物体 低温物体 自发（方向性） 外界做功 外界环境变化 低温物体 高温物体 热力学第二定律：热量不能自发地从低温物体传递到高温物体； 或者：不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化。 一物体在水平面上滑行，水平面上仅受摩擦力作用，由于克服摩擦力做功，最后要停下来.在这个过程中，物体的机械能转化为内能，使物体和水平面的温度升高. 二、机械能和内能转化过程的方向性 我们从没有发现：水平面上的物体靠自行降低温度而动起来． 不可逆 机械能和内能的转化过程具有方向性 自发 全部 内能 机械能 自发 全部 × 内能 机械能 汽车、轮船、飞机等交通工具使用的发动机都是热机。 热机是一种把内能转化为机械能的装置 假设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 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。 热源 热机 冷凝器 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. 第二类永动机：从单一热源吸热全部用来做功，而不引起其他变化的热机。 失败 在不产生其他影响的条件下，“热”不能全部变为“功” 做功 吸热 热力学第二定律的开尔文表述 热力学第二定律：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不产生其他影响。 思考：等温膨胀过程的热量Q、功W、内能怎么变化？ 温度不变， 体积增大， 气体压强减小 0=Q+W 是否违反“热力学第二定律”？ 即引起了其他变化 “热力学第二定律”并没有禁止“热”“功”完全转化。 克劳修斯表述说明热传导过程的不可逆性； 开尔文表述说明功变热过程的不可逆性； 两种表述是等价的。可用反证法证明。 两种表述的实质 概念：从单一热源吸收热量，全部用来做功而不引起其它变化。 结果：无一例外地归于失败。 原因：违背了跟热现象相联系的宏观自然过程具有方向性的规律（热力学第二定律）。 第二类永动机 三、扩散的方向性 两种不同的气体可以自发地混合，最后成为一种均匀的混合气体。相反，一种均匀的混合气体却不会自发地分开成为两种气体。当然，使用物理或化学方法可以把混合气体分开，但这必然会产生其他影响。 四、热力学第二定律的微观实质 (1)一切自发过程总是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化的过程. (2)自发过程是不可逆转的过程，即不可能使大量分子无规则的热运动转化为有序的运动. (3)大量分子无序运动状态变化的方向是向无序性增大的方向进行的，而一切自然过程总是沿着无序性增大的方向进行的. 熵的意义 熵较大的宏观状态就是无序程度较大的宏观状态，也就是出现概率较大的宏观状态. 描述物体的无序程度，物体内部分子热运动无序程度越高，物体的熵就越大. 用熵表示的热力学第二定律 在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减少. 熵 在自发过程中，熵总是增加的. 1.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传递给低温物体 C.气体的扩散过程具有方向性 D.一切形式能量转化都不具有方向性 AC 练习 2.下列有关能量转化的说法中，错误的是 (　　) A.不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他的变化 B.只要对内燃机不断改进，就可以把内燃机得到的全部内能转化为机械能 C.满足能量守恒定律的物理过程不一定能自发地进行 D.外界对物体做功，物体的内能必然增加 BD 2.第二类永动机不可以制成，是因为（ ） A.违背了能量的守恒定律 B.热量总是从高温物体传递到低温物体 C.机械能不能全部转变为内能 D.内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化 D 3.第二类永动机不可能制造出来的原因是因其工作原理违背（ ） A.热力学第一定律 B.能的转化与守恒定律 C.热力学第二定律 D.上述三个定律 C 21 4.下列说法正确的是 (　　) A.机械能全部转化为内能是不可能的 B.第二类永动机不可能制造成功的原因是能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一个物体转移到另一个物体，或从一种形式转化成另一种形式 C.根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体 D.从单一热源吸收的热量全部变为功是可能的 D 5.根据热力学第二定律，下列判断正确的有 (　　 ) A.热机中燃气的内能不可能全部变成机械能 B.电流的能不可能全部变成内能 C.在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变成电能 D.在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体 ACD 6.关于有序和无序下列说法正确的是（ ） A.有序和无序不是绝对的 B.一个“宏观态”可能对应着许多的“微观态” C.一个“宏观态”对应着唯一的“微观态” D.无序意味着各处一样、平均、没有差别 ABD 7.下面关于熵的说法错误的是（ ） A．熵是物体内分子运动无序程度的量度 B．在孤立系统中，一个自发的过程总是向熵减少的方向进行 C．热力学第二定律的微观实质是熵是增加的，因此热力学第二定律又叫熵增加原理 D．机械能转化为内能的过程是系统的熵增加的过程 B $$