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 第二章 热力学定律 目录 CONTENTS 热力学第二定律 01 熵与熵增加原理 能源是有限的 03 02 1.符合能量守恒定律的宏观过程都能自发地进行吗？ 2.你是否可以举例证明你的观点？ 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？ 思考与讨论: 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。 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。 热力学第二定律 01 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。 一、热力学第二定律 （1）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）热量可以从低温物体传到高温物体上，但会引起其它变化，比如冷机做功。 （3）克劳修斯表述阐述的是热传递的方向性。 2.诠释： （Rudolf Julius Emanuel Clausius，1822年1月2日－1888年8月24日） 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： 一、热力学第二定律 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： 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。 （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.诠释： 开尔文 一、热力学第二定律 5．热力学第二定律的两种表述是等价的。 一、热力学第二定律 第一类永动机 第二类永动机 设计要求 不可能原因 不消耗任何能量，可以不断地做功（或给予很少的能量启动后，能够永远运动） 将内能全部转化为机械能，而不引起其他变化 违背能量转化与守恒定律 违背热力学第二定律 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? 能源是有限的 02 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。 根据热力学第二定律，分散在环境中的内能不管数量多么巨大，它也只不过能使地球、大气稍稍变暖一点，却再也不能自动聚集起来驱动机器做功了。这样的转化过程叫作“能量耗散”。 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。 熵与熵增加原理 03 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。 课堂练习 04 例3：根据热力学第二定律判断，下列说法正确的是（　 C 　） A.功可以全部转化为热，但热不能全部转化为功 B.热可以从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体 C.气体向真空的自由膨胀是不可逆的 D.随着技术的进步，热机的效率可以达到100% 例4：关于热力学定律,下列说法正确的是(　 A 　) A.功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程 B.对某物体做功,必定会使该物体的内能增加 C.不可能从单一热源吸收热量,使之完全变为功 D.不可能使热量从低温物体传向高温物体 例5：下列关于能量耗散的说法,正确的是( 　 BCD 　) A.能量耗散使能的总量减少,违背了能量守恒定律 B.能量耗散是指散失在环境中的内能很难收集起来被人类利用 C.机械能向内能的转化是能够全额发生的 D.能量耗散导致能量品质降低了 课堂小结 一、能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。 二、热力学第二定律： 1、克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。 2、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。 三、能源是有限的： 1、能量在数量上虽然守恒，但其转移和转化却具有方向性。每天我们使用的能源最后都转化成了内能，能源消耗使得周围环境升温。 2、能源的使用过程中虽然能的总量保持守恒，但能量的品质降低了。 $$