3.4热力学第二定律 课件-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

第三章 热力学定律 人教版（2019）选择性必修 第三册 第四节 热力学第二定律 课堂导入 汽车经刹车摩擦停止后，能否依靠摩擦产生的作用重新启动行驶？ 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？ 课堂导入 融化的冰淇淋，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？ 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。 一、热力学第二定律 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。 （Rudolf Julius Emanuel Clausius，1822年1月2日－1888年8月24日） 不需要第三者介入、也不会对任何第三者产生影响。 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 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。 2.热力学第二定律的开尔文表述 ：从能量的角度看，热机的工作分为两个阶段 ：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。 阶段一：燃烧燃料 燃料的化学能→工作物质的内能 阶段二：工作物质对外做功 工作物质的内能→机械能 一、热力学第二定律 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。 说明： （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。 机械能 内能（热） 全部转化（自发） 对第三者有影响 一、热力学第二定律 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？ 机械能可以全部转化成内能，但这个过程是不可逆的。 人们设想的一种只从单一热源吸收热量，使之完全转化为有用功，而不产生其他影响的热机。 ——第二类永动机 一、热力学第二定律 ——思考与讨论 揭示了大量分子参与宏观过程的方向性： 一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性，都是不可逆的。 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。 克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。 热传递的方向性 热力学第二定律 机械能与内能转化过程的方向性 等价 一、热力学第二定律 探究新知——典例分析 能源是有限的 熵与熵增加原理 课堂小结 热力学第二定律 单击此处 添加标题 能源是有限的 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。 克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。 探究新知——典例分析 【例1】(多选)根据热力学第二定律，下列说法中正确的是 A.不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化 B.没有冷凝器，只有单一的热库，能从单一热库吸收热量全部用来做功， 而不引起其他变化的热机是可以实现的 C.制冷系统可将冰箱里的热量传到外界较高温度的空气中而不引起其他 变化 D.不可能使热量由低温物体传到高温物体，而不引起其他变化 √ √ 探究新知——典例分析 【例2】(2024·无锡市高二期中)2023年3月15日，世界最高海拔风电场——三峡西藏措美哲古风电场累计发电量突破1亿千瓦时，相当于减排二氧化碳8.32万吨，节约标准煤3.05万吨。该项目于2021年底全面投产发电，总装机22兆瓦，与科研设计中发电量数据测算结果相比，提前2个多月达成“亿目标”。关于能源和能量，下列说法中正确的是 A.人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造 B.对能源的过度消耗会使自然界的能量不断减少，因而存在“能源危机” C.在能量转化的过程中，虽然能量的总量并不减少，但能量品质降低了 D.各种能量在不转化时是守恒的，但在转化时是不守恒的 √ 探究新知——典例分析 【例3】如图所示的汽缸内有一定质量的理想气体，汽缸壁是导热的，缸外环境保持恒温，活塞与汽缸壁的接触是光滑的，且不漏气。现将活塞杆与外界连接，使其缓慢地向右移动，这样气体将等温膨胀并通过杆对外做功。若已知理想气体的内能只与温度有关，则下列说法正确的是(　　) A. 气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，因此此过程违反热力学第二定律 B. 气体从单一热源吸热，但并未全用来对外做功，所以此过程不违反热力学第二定律 C. 气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，但此过程 不违反热力学第二定律 D. 以上三种说法都不对 √ $