《熱力學(xué)第二定律》教學(xué)

熱力學(xué)第二定律[目標(biāo)定位]

1.通過自然界中客觀過程的方向性，了解熱力學(xué)第二定律．2.了解熱力學(xué)第二定律的兩種不同表述，以及兩種表述的物理實(shí)質(zhì)．3.了解什么是第二類永動(dòng)機(jī)，知道為什么它不能制成．4.了解熱力學(xué)第二定律的微觀實(shí)質(zhì)．5.了解熵是反映系統(tǒng)無序程度的物理量．一、熱傳導(dǎo)的方向性1．兩個(gè)溫度不同的物體互相接觸時(shí)，熱量會(huì)自發(fā)地從物體傳給物體，但不會(huì)自發(fā)地從物體傳給物體．這明：熱傳導(dǎo)過程是有的．2．熱力學(xué)第二定律是一條反映自然界過程進(jìn)行和的規(guī)律．高溫低溫低溫高溫方向性方向條件二、機(jī)械能和內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程的方向性1．機(jī)械能和內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程具有性，即機(jī)械能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程是可以進(jìn)行的，內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過程，是不能進(jìn)行的，要將內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，必然會(huì)引起其他影響．2．第二類永動(dòng)機(jī) (1)定義 從吸熱全部用來，而不引起其他變化的熱機(jī)． (2)第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成的原因是它違背了

定律．方向自發(fā)自發(fā)單一熱源做功熱力學(xué)第二三、熱力學(xué)第二定律的表述1．第一種表述(克勞修斯表述)：熱量不能從低溫物體傳遞到高溫物體．(按照熱傳導(dǎo)的方向性來表述的)．2．第二種表述(開爾文表述)：不可能從吸收熱量并把它全部用來，而不引起其他變化．(按照機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程的方向性來表述的) 熱力學(xué)第二定律的這兩種表述是的．熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有．自發(fā)地單一熱源做功等價(jià)方向性3．自然界中一切與有關(guān)的自然過程都具有方向性．

想一想熱傳導(dǎo)的方向性能否簡單理解為“熱量不會(huì)從低溫物體傳給高溫物體”？

答案不能．“自發(fā)地”是指沒有第三者影響，例如空調(diào)、冰箱等制冷機(jī)就是把熱量從低溫物體傳到了高溫物體，但是也產(chǎn)生了影響，即外界做了功．熱現(xiàn)象四、熱力學(xué)第二定律的微觀實(shí)質(zhì)1．做功是與分子群體的運(yùn)動(dòng)聯(lián)系在一起的，內(nèi)能是和分子的運(yùn)動(dòng)聯(lián)系在一起的，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程，從微觀上來說，是大量分子的運(yùn)動(dòng)朝運(yùn)動(dòng)的方向轉(zhuǎn)換的過程，其相反方向的過程是大量分子從運(yùn)動(dòng)朝運(yùn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)換的過程．2．熱傳導(dǎo)過程是使物體內(nèi)部分子的熱運(yùn)動(dòng)由比較

的狀態(tài)向的狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程．無序有序有序無序無序有序有序無序3．熱力學(xué)第二定律的微觀實(shí)質(zhì)與熱現(xiàn)象有關(guān)的自發(fā)的宏觀過程，總是朝著分子熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)增加的方向進(jìn)行的．五、熵 意義：描述物體的無序程度，物體內(nèi)部分子熱運(yùn)動(dòng)無序程度越高，物體的熵就.無序性越大一、宏觀過程的方向性1．熱傳導(dǎo)具有方向性：兩個(gè)溫度不同的物體相互接觸時(shí)，熱量會(huì)自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體，結(jié)果使高溫物體的溫度降低，低溫物體的溫度升高．2．氣體的擴(kuò)散現(xiàn)象具有方向性：兩種不同的氣體可以自發(fā)地進(jìn)入對方，最后成為均勻的混合氣體，但這種均勻的混合氣體，決不會(huì)自發(fā)地分開，成為兩種不同的氣體．3．機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性：物體在水平面上運(yùn)動(dòng)，因摩擦而逐漸停止下來，但絕不可能出現(xiàn)物體吸收原來傳遞出去的熱量后，在地面上重新運(yùn)動(dòng)起來．4．氣體向真空膨脹具有方向性：氣體可自發(fā)地向真空容器膨脹，但絕不可能出現(xiàn)氣體自發(fā)地從容器中流出，容器變?yōu)檎婵眨?．在整個(gè)自然界中，無論有生命的還是無生命的，所有的宏觀自發(fā)過程都具有單向性，都有一定的方向性，都是一種不可逆過程．例1

(雙選)下列說法正確的是 (

) A．熱量能自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體 B．熱量不能從低溫物體傳到高溫物體 C．熱傳遞是自發(fā)的雙向的 D．氣體向真空中膨脹的過程是有方向性的 答案AD解析如果是自發(fā)地進(jìn)行，熱量只能從高溫物體傳到低溫物體，但這并不是說熱量不能從低溫物體傳到高溫物體，只是不能自發(fā)地進(jìn)行，在外界條件的幫助下，熱量也能從低溫物體傳到高溫物體，A對，B、C錯(cuò)；氣體向真空中膨脹的過程也是不可逆，具有方向性的，D對．借題發(fā)揮兩個(gè)溫度不同的物體相互接觸時(shí)，熱量會(huì)自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體，使高溫物體的溫度降低，低溫物體的溫度升高，這個(gè)過程是自發(fā)進(jìn)行的，不需要任何外界的影響或者幫助，有時(shí)我們也能實(shí)現(xiàn)熱量從低溫物體傳給高溫物體，如電冰箱，但這不是自發(fā)地進(jìn)行的，需要消耗電能，其實(shí)自然界中所有的熱現(xiàn)象都是具有單向性的．二、熱力學(xué)第二定律和熵1．克勞修斯表述是按熱傳導(dǎo)的方向性表述的．熱量可以由低溫物體傳到高溫物體但不能是自發(fā)的，如：冰箱、空調(diào)．2．開爾文表述是按照機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程的方向性來表述的．不是不能從單一熱庫吸收熱量而對外做功，而是這樣做的結(jié)果，一定伴隨著其他變化或影響．3．這兩種表述看似毫無聯(lián)系，其實(shí)是等價(jià)的，可以從一種表述導(dǎo)出另一種表述．4．熱力學(xué)第二定律揭示了自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性．5．熵較大的宏觀狀態(tài)就是無序性較大的宏觀狀態(tài)，在自發(fā)過程中熵總是增加的，即向無序性增加的方向進(jìn)行．6．從微觀的角度看，熱力學(xué)第二定律是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律：一個(gè)孤立系統(tǒng)總是從熵小的狀態(tài)向熵大的狀態(tài)發(fā)展，而熵值較大代表著較為無序，所以自發(fā)的宏觀過程總是向無序度更大的方向發(fā)展．例2

(雙選)根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，下列說法中正確的是(

) A．不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化 B．沒有冷凝器，只有單一的熱源，能將從單一熱源吸收的熱量全部用來做功，而不引起其他變化的熱機(jī)是可以實(shí)現(xiàn)的 C．制冷系統(tǒng)將冰箱里的熱量傳給外界較高溫度的空氣中，而不引起其他變化 D．不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其他變化答案AD解析熱力學(xué)第二定律揭示了與熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過程的方向性，機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性，機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能要轉(zhuǎn)化為機(jī)械能必須借助外部的幫助，即會(huì)引起其他變化，A選項(xiàng)正確、B選項(xiàng)錯(cuò)誤；熱傳遞過程也具有方向性，熱量能自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體，但是熱量要從低溫物體傳到高溫物體，必然要引起其他變化(外界對系統(tǒng)做功)，故C選項(xiàng)錯(cuò)誤、D選項(xiàng)正確．借題發(fā)揮(1)一切物理過程均遵守能量轉(zhuǎn)化與守恒定律，但遵守能量守恒的物理過程不一定均能實(shí)現(xiàn)．(2)熱力學(xué)第二定律的關(guān)鍵在于“自發(fā)性”和“方向性”．例3

(雙選)下列關(guān)于熵的觀點(diǎn)中正確的是 (

) A．熵越大，系統(tǒng)的無序度越大 B．對于一個(gè)不可逆絕熱過程，其熵總不會(huì)增加 C．氣體向真空擴(kuò)散時(shí)，熵值減小 D．自然過程中熵總是增加的，是因?yàn)橥ㄏ驘o序的渠道要比通向有序的渠道多得多