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

3.4 热力学第二定律　 问题导入 一滴红色颜料滴进一杯清水中扩散，整杯水将均匀地变红。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? 扩散现象进行是有方向的,过程是不可逆的。 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？ 一辆关闭发动机的汽车在水平地面上滑行，由于克服摩擦力做功，最后要停下来.在这个过程中，汽车的机械能全部转化成为内能，使汽车和地面的温度升高. 能不能看到这样的现象： 一辆汽车靠降低温度，可以把内能自发地转化为动能，使静止的汽车重新运动起来吗? 一、热力学第二定律 发现一些事件的发展过程具有方向性、不可逆性? 覆水难收 水往低处流 一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。 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 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。 克劳修斯 1.热力学第二定律的克劳修斯表述：（传热的方向性） 热量不能自发从低温物体传到高温物体。 ①物体间传热过程的方向性 高温 低温 自发 ②自发性： 不需要第三者介入、也不会对任何第三者产生影响。 外界做功 外界环境发生变化 一、热力学第二定律 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? 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 柴油机 汽缸 燃料的化学能 工作物质的内能 机械能 对外做功 燃烧 燃料产生的热量Q 输出机械功W 漏气热损 散热热损 摩擦热损 W< Q 思考：假设能避免这些损失，热机燃料产生的热量Q=W？ 热机工作的两个阶段： 一、热力学第二定律—开尔文表述 高温热库 低温热库 Q W 燃料在燃烧(高温物体) 冷凝器或大气(低温物体) 自发 热机在工作过程中必然排出部分热量，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 一、热力学第二定律 3．热力学第二定律的开尔文表述：不可能从单一热库吸收，使之完全变成功，而不产生其他影响。 （1）不仅要从一个热库吸热，而且一定会向另一个热库放热即热机的效率无法达到100%，总会有损耗)。 （2）机械能可以全部转化成内能，但这个过程是不可逆的。 （3）开尔文表述阐述了机械能与内能转化的方向性。 4.理解： 开尔文 思考与讨论 在水平地面上滚动的足球，摩擦力做负功，其动能转化为内能，最终停了下来，同时产生的热量散失在周围的环境中。会不会有这样的现象∶静止在水平地面上的足球和地面、周围的空气自发地降低温度释放内能，并将释放出的内能全部转化为足球的动能，让足球又滚动起来? 机械能与内能转化的具有方向性 不管如何表述，热力学第二定律的实质在于揭示了：一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。 ②对任何一类宏观过程进行方向的说明，都可以作为热力学第二定律的表述。 热力学第二定律的两种表述之间有什么样的关系？ ①两种表述是等价的：可以从一种表述导出另一种表述，两种表述都称为热力学第二定律。 如果一台热机，效率 ，热机从单一热源吸取的热量Q1全部变为功W 而不产生其它影响，即Q2＝0。此时，热机的效率η＝1(100%)， 这类热机称为第二类永动机。 第二类永动机是不可能制成的 5.第二类永动机 例1：下列说法正确的是（ ） A.热量不能由低温物体传递到高温物体 B.外界对物体做功，物体的内能必定增加 C.热机的效率可以达到100% D.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 D 例2：电冰箱能够不断地把热量从温度较低的冰箱内部传给温度较高的外界空气，这说明了（ ） A.热量能自发地从低温物体传给高温物体 B.在一定条件下，热量可以从低温物体传给高温物体 C.热量的传递过程不具有方向性 D.在自发的条件下热量的传递过程具有方向性 BD 4．对于热力学定律，下列说法中正确的是（     ） A．第一类永动机不可能实现，因为它违背了能量守恒定律 B．热力学第一定律指出，一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做功的和 C．热力学第二定律指出，不能从单一热库吸热全部用来对外做功而不产生其他影响 D．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，违背了热力学第二定律 ABC 课堂练习 二、能源是有限的 自然界的一切变化，人类社会的所有活动，都伴随着能量的转移和转化，能量是一切物质运动的源泉，是一切生命活动的基础。 柴薪时期 煤炭时期 石油时期 1.能量耗散： 能量被其他物质吸收之后变成周围环境的内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用。这种现象叫做能量的耗散。 化学能→电能 电能→内能和光能 能量在数量上虽然守恒，但其转移和转化却具有方向性。 →耗散在环境中 高品质：机械能、光能、化学能、电能 低品质：内能 转化方向不可逆 能源：其实是指具有高品质的容易利用的储能物质 例如石油、天然气、煤等。 所以要节约资源 能源的使用过程中虽然能的总量保持守恒，但能量的品质下降了。虽然能量总量不会减少，但能源会逐步减少，因此能源是有限的资源。 熵及熵增加原理 1.熵：熵可用来表达一个系统的无序程度,系统从有序向无序的发展过程中熵在增加。 2.熵增加原理：在自发过程中,系统总是自发地向无序方向发展,即一个孤立系统的熵值总是不减少的。 拓展学习 22 课堂小结 一、热力学第二定律 1.反映宏观自然过程的方向性的定律就是热力学第二定律。 2.克劳修斯表述：热量不能自发从低温物体传到高温物体。 ①物体间传热过程的方向性 ②自发性 3.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。 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 二、能源是有限的 Lavf58.29.100 $$