新步步高20142015學(xué)年高二物理人教版選修33課件：10.4熱力學(xué)第二定律課件2

1、復(fù)習(xí)1 1、熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第一定律2 2、能量守恒定律、能量守恒定律思考：思考：根據(jù)能量守恒定律，在自根據(jù)能量守恒定律，在自然界發(fā)生的一切過程中能量都是然界發(fā)生的一切過程中能量都是守恒的。那么符合能量守恒的宏守恒的。那么符合能量守恒的宏觀過程是否都能發(fā)生呢？觀過程是否都能發(fā)生呢？ 將一塊燒紅的鐵塊將一塊燒紅的鐵塊投入冷水中，會(huì)發(fā)生投入冷水中，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象什么現(xiàn)象？ 鐵塊的溫度降低，水的溫度升高，最終兩者溫度相同 將燒紅的鐵塊投入水中，結(jié)將燒紅的鐵塊投入水中，結(jié)果會(huì)不會(huì)果會(huì)不會(huì)鐵塊溫度更高，鐵塊溫度更高，水的水的溫度更低？溫度更低？ 電冰箱的內(nèi)電冰箱的內(nèi)部溫度比外部部溫度比外部溫度低，

2、為什溫度低，為什么致冷系統(tǒng)還么致冷系統(tǒng)還能不斷地把箱能不斷地把箱內(nèi)熱量傳給外內(nèi)熱量傳給外界的空氣？界的空氣？ 因?yàn)殡姳湎牧穗娔?，?duì)制冷系統(tǒng)做了功，一旦切斷電源，電冰箱就不能把其內(nèi)部的熱量傳給外界的空氣了相反，外界的熱量會(huì)自發(fā)地傳給電冰箱，使其溫度逐漸升高 貯藏的貯藏的食品食品大氣大氣電冰箱制冷系統(tǒng) 一個(gè)在水平地面上運(yùn)動(dòng)的物一個(gè)在水平地面上運(yùn)動(dòng)的物體，由于克服摩擦力做功，最體，由于克服摩擦力做功，最后要停下來。在這個(gè)過程中，后要停下來。在這個(gè)過程中，物體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成為內(nèi)能，物體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成為內(nèi)能，使使物體和地面的溫度升高。物體和地面的溫度升高。 我們能不能看到這樣的現(xiàn)象：一個(gè)放在水平地面上的

3、物體，靠降低溫度，可以把內(nèi)能自發(fā)地轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，使這個(gè)物體運(yùn)動(dòng)起來 有人提出這樣一種設(shè)想，發(fā)明一種熱機(jī)，用它把物體與地面摩擦所生的熱量都吸收過來并對(duì)物體做功，將內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，使因摩擦停止運(yùn)動(dòng)的物體在地面上重新運(yùn)動(dòng)起來，而不引起其它變化 熱機(jī)是一種把熱機(jī)是一種把內(nèi)能內(nèi)能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為機(jī)械能機(jī)械能的裝置的裝置 氣缸中的氣體得到氣缸中的氣體得到燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱量熱量Q1 推動(dòng)活塞做功推動(dòng)活塞做功W 排出廢氣，同時(shí)把排出廢氣，同時(shí)把熱量熱量Q2散發(fā)到大氣散發(fā)到大氣中。中。 Q1=W+Q2 熱機(jī)效率熱機(jī)效率=W/Q1熱源熱源冷凝器冷凝器熱機(jī)熱機(jī) 一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是不可

4、逆的。 在物理學(xué)中，反映宏觀自然過程在物理學(xué)中，反映宏觀自然過程的方向性的定律就是熱力學(xué)第二定律的方向性的定律就是熱力學(xué)第二定律（second law of thermodynamics).second law of thermodynamics).共同特征：共同特征： 熱量不能自發(fā)地從低溫?zé)崃坎荒茏园l(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。物體傳到高溫物體。（克勞修斯表述）克勞修斯表述）說明： （1）克勞修斯表述中強(qiáng)調(diào)了“在不引起其它的變化的條件下，熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體?！?（2）如果允許“其它變化”，例如利用致冷機(jī)做功，熱量可以從低溫物體傳到高溫物體上，而致冷機(jī)做功就屬于“其它變化”。

5、 （3）如果設(shè)想克勞修斯表述不成立，即在無任何外界做功的情況下，熱量就能從低溫?zé)嵩磦飨蚋邷責(zé)嵩础０创嗽O(shè)想就可制成一種無功致冷機(jī)，如圖所示，它無需消耗功就能致冷?？藙谛匏贡硎龇穸诉@種可能性。不可能從單一熱庫(kù)吸收，不可能從單一熱庫(kù)吸收，使之完全變成功，而不產(chǎn)生使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響。其他影響。（開爾文表述）（開爾文表述）熱源熱源熱機(jī)熱機(jī)冷凝器冷凝器說明： （1）開爾文表述否定了第二類永動(dòng)機(jī)的可能性。歷史上曾有人企圖制造“一種循環(huán)動(dòng)作的熱機(jī)，只從單一熱源吸收熱量，使之全部變?yōu)楣Γ幌虻蜏責(zé)嵩捶懦鰺崃?，或者說不引起其它變化。”這種熱機(jī)稱為第二類永動(dòng)機(jī)或單熱源熱機(jī)，其效率=100%。雖然它

6、不違背熱力學(xué)第一定律，但它違背了熱力學(xué)第二定律的開爾文表述。 （2）開爾文表述中強(qiáng)調(diào)了“在不產(chǎn)生其他影響的條件下，熱不能全部變?yōu)楣Α！比绻试S“其他影響”發(fā)生，熱可以全部變?yōu)楣Α＠鐨飧字欣硐霘怏w作等溫膨脹時(shí)，氣體從恒溫?zé)嵩次盏臒崃烤涂梢匀坑脕韺?duì)外做功。但氣體“體積和壓強(qiáng)”發(fā)生了變化，它不能循環(huán)動(dòng)作返回原狀態(tài)。1，按熱傳遞的方向性來表述，按熱傳遞的方向性來表述2，是按機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過，是按機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程的方向來表述。程的方向來表述。 任何一類宏觀自然過程進(jìn)行方向的說明都可以作為熱力學(xué)第二定律的表述。 開爾文表述實(shí)質(zhì)說明功變熱過程的不可逆性，克勞修斯表述則說明熱傳導(dǎo)過程的不可逆性，兩

7、種表述是等價(jià)的?？捎梅醋C法證明。違背開爾文表述一定違背克勞修斯表述違背開爾文表述一定違背克勞修斯表述 Q Q1 1熱機(jī)從熱機(jī)從T T1 1吸熱吸熱A A 熱機(jī)輸出功熱機(jī)輸出功Q Q2 2熱機(jī)從熱機(jī)從T T2 2吸熱吸熱Q Q1 1+ +Q Q2 2致冷機(jī)向致冷機(jī)向T T1 1放熱放熱 如果開爾文表述不成立，可制成一個(gè)單熱源熱機(jī)，將它同如果開爾文表述不成立，可制成一個(gè)單熱源熱機(jī)，將它同另一個(gè)制冷機(jī)組成復(fù)合機(jī)，如圖所示，其另一個(gè)制冷機(jī)組成復(fù)合機(jī)，如圖所示，其總效果總效果相當(dāng)于一個(gè)無相當(dāng)于一個(gè)無功致冷機(jī)，于是克勞修斯表述也就不成立。功致冷機(jī)，于是克勞修斯表述也就不成立。違背克勞修斯表述一定違背開爾文表述違背克勞修斯表述一定違背開爾文表述 T2低溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩?Q2熱量通過假想裝置自熱量通過假想裝置自動(dòng)地從動(dòng)地從T2傳向傳向T1Q1卡諾熱機(jī)從卡諾熱機(jī)從T1吸熱吸熱A 卡諾熱機(jī)對(duì)外作功卡諾熱機(jī)對(duì)外作功 開爾文表述實(shí)質(zhì)說明功變熱過程的不可逆性，克勞修斯表述則說明熱傳導(dǎo)過程的不可逆性，兩種表述是等價(jià)的。可用反證法證明。 如果克勞修斯表述不成立，則可制成一個(gè)無