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 1 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？ 问题导入 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。然而，并不是所有符合能量守恒定律的宏观过程都能自发地进行。 无数事实告诉我们，凡是实际的过程，只要涉及热现象，如物体间的热传递、气体的膨胀、扩散、有摩擦的机械运动……都有特定的方向性。 一 热力学第二定律 反映宏观自然过程的方向性的定律就是热力学第二定律。 水往低处流 覆水难收 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 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? 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 思考与讨论 你知道热机是怎样工作的吗？ 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。 ①热机的效率无法达到100%，总会有损耗。 机械能 内能（热） 全部转化（自发） 对第三者有影响 ②机械能与内能转化的方向性： 一 热力学第二定律 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。例如：气体向真空的自由膨胀是不可逆的。 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。 一 热力学第二定律 二、能源是有限的 能量在数量上虽然守恒，但其转移和转化却具有方向性。在各种各样的活动中，机械能、电能、光能、声能、化学能、核能、生物能……最终都转化成内能，流散到周围的环境中，无法重新自动聚集起来加以利用的现象。 1．能量耗散： 2．能源： 是指具有高品质的容易利用的储能物质。 3．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。 三、熵与熵增加原理 自然界的很多过程是不可逆的 例如，一个容器被隔板均分为A、B两部分，一定量的气体处于容器A中，而B为真空。抽取隔板K，A中的气体就会扩散到B中，最后整个容器的A、B两部分都均匀地分布了这种气体。这个过程显然是不可逆的。 1850年，克劳修斯首次提出熵的概念，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。在物理学中，不与外界进行物质和能量交换的系统叫作孤立系统。 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，这就是熵增加原理。 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 课堂小结 1. 汽车行驶时，要消耗汽油。尽量详尽地说明：汽油燃烧时释放的化学能通过哪些途径最终转化成了周围环境的内能。 教材书后习题 2. 以下哪些现象能够发生、哪些不能发生？能够发生的现象是否违背热力学第二定律？ （1）一杯热茶自然放置，茶会自动变得更热。 （2）蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能。 （3）桶中混浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离。 （4）电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体。 教材书后习题 3. 一间密闭的房间里放置了一台电冰箱，为了使房间降温，有人出了一个主意，建议把冰箱接通电源，打开冰箱门，让冰箱的“冷气”进入房间中，房间就变冷了。这种方法可行吗？请说明道理。 教材书后习题 谢谢 单击此处添加副标题内容 16 $$