物理選修3-3：第十章《熱力學(xué)定律4.熱力學(xué)第二定律》課件

4.熱力學(xué)第二定律一、熱力學(xué)第二定律的一種表述1．熱傳導(dǎo)的方向性(1)凡是實(shí)際的過程，只要涉及熱現(xiàn)象，都有特定的

性；這些過程可以自發(fā)地朝某個(gè)

進(jìn)行，而相反的過程．即使不違背能量守恒定律，它們也不會(huì)

地進(jìn)行．(2)一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是

的．

2．熱力學(xué)第二定律的一種表述熱量不能

地從低溫物體傳到高溫物體．這是熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述，闡述的是

的方向性．

方向方向自發(fā)不可逆自發(fā)傳熱二、熱力學(xué)第二定律的另一種表述1．熱機(jī)(1)熱機(jī)工作的兩個(gè)階段第一個(gè)階段是

，把燃料中的

變成工作物質(zhì)的內(nèi)能．第二個(gè)階段是工作物質(zhì)對(duì)外

，把自己的內(nèi)能變成．(2)熱機(jī)的效率：熱機(jī)輸出的

與燃料產(chǎn)生的

的比值．用公式表示為η＝

.燃燒燃料化學(xué)能做功機(jī)械能機(jī)械功熱量2．開爾文表述：不可能從

吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響．(即機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化具有方向性)．單一熱源一、熱力學(xué)第二定律理解中的幾個(gè)問題1．單一熱庫：指溫度均勻并且恒定不變的系統(tǒng)．若一系統(tǒng)各部分溫度不相同或者溫度不穩(wěn)定，則構(gòu)成機(jī)器的工作物質(zhì)可以在不同溫度的兩部分之間工作，從而可以對(duì)外做功．據(jù)報(bào)道，有些國家已在研究利用海水上下溫度不同來發(fā)電．2．其他影響：指除了從單一熱庫吸收的熱量，以及所做的功以外的其他一切影響；或者除了從低溫物體吸收熱量、高溫物體得到相同的熱量外，其他一切影響和變化．不是不能從單一熱庫吸收熱量而對(duì)外做功，而是這樣做的結(jié)果，一定伴隨著其他變化或影響．同樣，也不是熱量不能從低溫物體傳到高溫物體，而是指不產(chǎn)生其他影響的自動(dòng)熱傳遞是不可能的．3．關(guān)于“不可能”：實(shí)際上熱機(jī)或制冷機(jī)系統(tǒng)循環(huán)終了時(shí)，除了從單一熱庫吸收熱量對(duì)外做功，以及熱量從低溫?zé)釒靷鞯礁邷責(zé)釒煲酝?，過程所產(chǎn)生的其他一切影響，不論用任何曲折復(fù)雜的辦法都不可能加以消除．4．兩種表述是等價(jià)的如果克勞修斯表達(dá)不成立，則開爾文表述也不成立．

5．熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)熱力學(xué)第二定律的每一種描述，都揭示了大量分子參與宏觀過程的方向性，使人們認(rèn)識(shí)到自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性．二、熱力學(xué)第一、第二定律的比較及兩類永動(dòng)機(jī)的比較1．熱力學(xué)第一定律與熱力學(xué)第二定律的比較規(guī)律區(qū)別聯(lián)系熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第二定律區(qū)別熱力學(xué)第一定律是能量守恒定律在熱力學(xué)中的體現(xiàn)，否定了創(chuàng)造能量和消滅能量的可能性，從而否定了第一類永動(dòng)機(jī)熱力學(xué)第二定律反映了一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是不可逆的，從而否定了第二類永動(dòng)機(jī)聯(lián)系兩定律都是熱力學(xué)基本定律，分別從不同角度揭示了與熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過程所遵循的規(guī)律，二者相互獨(dú)立，又相互補(bǔ)充，都是熱力學(xué)的理論基礎(chǔ)2.兩類永動(dòng)機(jī)的比較比較項(xiàng)第一類永動(dòng)機(jī)第二類永動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)要求不消耗任何能量，可以不斷地對(duì)外做功(或只給予很小的能量啟動(dòng)后，可以永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去)將內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，而不引起其他變化(或只有一個(gè)熱源，實(shí)現(xiàn)內(nèi)能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)化)不可能的原因違背了能量守恒定律違背了熱力學(xué)第二定律 關(guān)于兩類永動(dòng)機(jī)和熱力學(xué)的兩個(gè)定律，下列說法正確的是()A．第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成是因?yàn)檫`反了熱力學(xué)第一定律B．第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成是因?yàn)檫`反了熱力學(xué)第二定律C．由熱力學(xué)第一定律可知做功不一定改變內(nèi)能，傳熱也不一定改變內(nèi)能，但同時(shí)做功和傳熱一定會(huì)改變內(nèi)能D．由熱力學(xué)第二定律可知熱量從低溫物體傳向高溫物體是可能的，從單一熱源吸收熱量，完全變成功也是可能的解析：

答案：D【反思總結(jié)】第一類永動(dòng)機(jī)違反能量守恒定律，第二類永動(dòng)機(jī)不違反能量守恒定律，但違反熱力學(xué)第二定律．熱力學(xué)第一定律是能量守恒定律的一種具體形式，而熱力學(xué)第二定律反映的是熱現(xiàn)象的方向性．◎教材資料分析〔思考與討論〕地球上海水的總質(zhì)量達(dá)1.4×1021kg.如果把這些海水的溫度降低1℃，放出的熱量就達(dá)9×1018kW·h，足夠全世界使用4000年．這個(gè)設(shè)想不違背能量守恒定律，但是不能實(shí)現(xiàn)，所以叫做第二類永動(dòng)機(jī)．前面學(xué)到的，違背能量守恒定律的永動(dòng)機(jī)，叫做第一類永動(dòng)機(jī)．學(xué)過熱力學(xué)第二定律之后，你能說出為什么不能制成第二類永動(dòng)機(jī)嗎？【點(diǎn)撥】

雖然第二類永動(dòng)機(jī)不違反能量守恒定律，大量的事實(shí)證明，在任何情況下熱機(jī)都不可能只有一個(gè)熱源，熱機(jī)要不斷地把吸取的熱量變?yōu)橛杏玫墓?，就不可避免地將一部分熱量傳給低溫?zé)嵩矗? 根據(jù)熱力學(xué)第二定律分析，下列說法中正確的是()A．熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體，但不能從低溫物體傳到高溫物體B．熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體，也可以從低溫物體傳到高溫物體C．機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但變化的內(nèi)能不可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能D．機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，變化的內(nèi)能也可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能

解析：

答案：BD選項(xiàng)個(gè)性分析A錯(cuò)誤根據(jù)傳熱的規(guī)律可知，熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體，但不能自發(fā)地(不需要外界幫助)從低溫物體傳到高溫物體。但是如果借助外界的幫助．熱量可以從低溫物體傳到高溫物體B正確C錯(cuò)誤機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能(如一個(gè)運(yùn)動(dòng)物體克服摩擦力做功而最終停止運(yùn)動(dòng)時(shí)，機(jī)械能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能)；在一定條件下，變化的內(nèi)能也可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，如理想氣體在等溫膨脹過程中，將吸收來的熱量全部用來做功D正確【反思總結(jié)】熱量可以從高溫物體傳到低溫物體．也可以從低溫物體傳到高溫物體，只不過前者能自發(fā)地進(jìn)行，后者必須借助外界的幫助；機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能要全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，肯定會(huì)引起其他變化【跟蹤發(fā)散】1－1：關(guān)于永動(dòng)機(jī)和熱力學(xué)定律的討論，下列敘述正確的是()A．第二類永動(dòng)機(jī)違反能量守恒定律B．如果物體從外界吸收了熱量，則物體的內(nèi)能一定增加C．外界對(duì)物體做功，則物體的內(nèi)能一定增加D．做功和熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能，但從能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的觀點(diǎn)來看這兩種改變方式是有區(qū)別的解析：

第二類永動(dòng)機(jī)違反熱力學(xué)第二定律，并不是違反能量守恒定律，故A錯(cuò)．據(jù)熱力學(xué)第二定律ΔU＝Q＋W知內(nèi)能的變化由做功W和熱傳遞Q兩個(gè)方面共同決定，只知道做功情況或只知道傳熱情況無法確定內(nèi)能的變化情況，故B、C項(xiàng)錯(cuò)誤．做功和熱傳遞都可改變物體內(nèi)能．但做功是不同形式能的轉(zhuǎn)化，而熱傳遞是同種形式能間的轉(zhuǎn)移，這兩種方式是有區(qū)別的，故D正確．答案：

D 如圖所示為電冰箱的工作原理示意圖．壓縮機(jī)工作時(shí)，強(qiáng)迫制冷劑在冰箱內(nèi)外的管道中不斷循環(huán)．在蒸發(fā)器中制冷劑汽化吸收箱體內(nèi)的熱量，經(jīng)過冷凝器時(shí)制冷劑液化，放出熱量到箱體外，下列說法正確的是()A．熱量可以自發(fā)地從冰箱內(nèi)傳到冰箱外B．電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳到外界，是因?yàn)槠湎牧穗娔蹸．電冰箱的工作原理不違反熱力學(xué)第一定律D．電冰箱的工作原理違反熱力學(xué)第一定律解析：

熱力學(xué)第一定律是熱現(xiàn)象中內(nèi)能與其他形式能的轉(zhuǎn)化規(guī)律，是能的轉(zhuǎn)化和守恒定律的具體表現(xiàn)，適用于所有的熱學(xué)過程，故C正確，D錯(cuò)誤；再根據(jù)熱力學(xué)第二定律，熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，必須借助于其他系統(tǒng)做功．A錯(cuò)誤，B正確，故選B、C.答案：

BC【跟蹤發(fā)散】2－1：關(guān)于熱現(xiàn)象和熱學(xué)規(guī)律，下列說法中正確的是()A．隨著低溫技術(shù)的發(fā)展，我們可以使溫度逐漸降低，并達(dá)到絕對(duì)零度，最終實(shí)現(xiàn)熱機(jī)效率100%B．熱量是不可能從低溫物體傳遞給高溫物體的C．第二類永動(dòng)機(jī)遵守能量守恒定律故能制成D．用活塞壓縮汽缸里的空氣，對(duì)空氣做功2.0×105J，同時(shí)空氣向外界放出熱量1.5×105J，則空氣的內(nèi)能增加了0.5×105J解析：

絕對(duì)零度不可能達(dá)到，A錯(cuò)誤；由熱力學(xué)第二定律知，B、C錯(cuò)誤；由熱力學(xué)第一定律知，D正確．答案：

D

1．下列哪些物理過程具有方向性()A．熱傳導(dǎo)過程B．機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程C．氣體的擴(kuò)散過程 D．氣體向真空中膨脹的過程解析：

一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的自然現(xiàn)象都具有方向性，應(yīng)選ABCD.答案：

ABCD2．關(guān)于熱傳導(dǎo)的方向性，下列說法正確的是()A．熱量只能由高溫物體傳給低溫物體B．熱量能自發(fā)地由低溫物體傳給高溫物體C．在一定條件下，熱量也可以從低溫物體傳給高溫物體D．熱量一定不可能從低溫物體傳給高溫物體解析：

在有外力做功情況下，熱量可以從低溫物體傳遞給高溫物體，而熱量只能自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體，故C選項(xiàng)正確．答案：

C3．關(guān)于熱力學(xué)定律，下列說法正確的是()A．在一定條件下物體的溫度可以降到0KB．物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功C．吸收了熱量的物體，其內(nèi)能一定增加D．壓縮氣體總能使氣體的溫度升高解析：

熱力學(xué)零度，即我們所說的－273.15℃，這個(gè)溫度只能無限接近而不能達(dá)到，A錯(cuò)；由熱力學(xué)第二定律知，物體不可能從單一熱源吸收熱量全部用來做功而不引起其他變化，換句話說，在引起其他變化的情況下，物體可以從單一熱源吸收熱量全部用來做功，所以B正確；根據(jù)熱力學(xué)第一定律，ΔU＝W＋Q知，改變物體內(nèi)能的方式是做功和熱傳遞，所以物體吸收了熱量或?qū)ξ矬w做功其內(nèi)能都不一定增加，故C、D錯(cuò)．答案：

B4．下列宏觀過程能用熱力學(xué)第二定律解釋的是()A．大米和小米混合后小米能自發(fā)地填充到大米空隙中而經(jīng)過一段時(shí)間大米、小米不會(huì)自動(dòng)分開B．將一滴紅墨水滴入一杯清水中，會(huì)均勻擴(kuò)散到整杯水中，經(jīng)過一段時(shí)間，墨水和清水不會(huì)自動(dòng)分開C．冬季的夜晚，放在室外的物體隨氣溫的降低，不會(huì)由內(nèi)能自發(fā)地轉(zhuǎn)化為機(jī)械能而動(dòng)起來D．隨著節(jié)能減排措施的不斷完善，最終也不會(huì)使汽車熱機(jī)的效率達(dá)到100%解析：

熱力學(xué)第二定律反映的是與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程的方向性的規(guī)律，A不屬于熱現(xiàn)象，A錯(cuò)；由熱力學(xué)第二定律可知B、C、D正確．答案：

BCD5．關(guān)于熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律，下列論述正確的是()A．熱力學(xué)第一定律指出內(nèi)能可以與其他形式的能相互轉(zhuǎn)化，而熱力學(xué)第二定律則指出內(nèi)能不可能完全轉(zhuǎn)化為其他形式的能，故這兩條定律是相互矛盾的B．內(nèi)能可以轉(zhuǎn)化為其他形式的能，只是會(huì)產(chǎn)生其他影響，故兩條定律并不矛盾C．兩條定律都是有關(guān)能量的轉(zhuǎn)化規(guī)律，它們不但不矛盾，而且沒有本質(zhì)區(qū)別D．其實(shí)，能量守恒定律已經(jīng)包含了熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律答案：

BCD6．隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源短缺問題日顯突出，近期油價(jià)不斷攀升，已對(duì)各國人民的日常生活造成了各種影響，如排長隊(duì)等待加油的情景已經(jīng)多次在世界各地發(fā)生，能源成為困擾世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大難題之一，下列有關(guān)能量轉(zhuǎn)化的說法中錯(cuò)誤的是()A．不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他的變化B．只要對(duì)內(nèi)燃機(jī)不斷改進(jìn)，就可以把內(nèi)燃機(jī)得到的全部內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能C．滿足能量守恒定律的物理過程都能自發(fā)的進(jìn)行D．外界對(duì)物體做功，物體的內(nèi)能必然增加解析：

由熱力學(xué)第二定律的開爾文表述可知A對(duì)．熱機(jī)效率總低于100%，B錯(cuò)．滿足能量守恒的過程未必能自發(fā)進(jìn)行，任何過程一定滿足熱力學(xué)第二定律，C錯(cuò)．由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q可知，W>0，ΔU不一定大于0，即內(nèi)能不一定增加，D錯(cuò)．答案：

BCD7．(2011·大綱全國卷·14)關(guān)于一定量的氣體，下列敘述正確的是()A．氣體吸收的熱量可以完全轉(zhuǎn)化為功B．氣體體積增大時(shí)，其內(nèi)能一定減少C．氣體從外界吸收熱量，其內(nèi)能一定增加D．外界對(duì)氣體做功，氣體內(nèi)能可能減少解析：

由熱力學(xué)第二定律知，熱量可以完全轉(zhuǎn)化為功，但要引起其他變化，A選項(xiàng)對(duì)．由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q知，改變物體內(nèi)能的兩種方式是做功和熱傳遞，B項(xiàng)只說明氣體對(duì)外做功，沒有考慮熱傳遞；C項(xiàng)只說明氣體從外界吸收熱量，沒有考慮做功情況，故B、C選項(xiàng)均錯(cuò)，D選項(xiàng)對(duì)．