第三章+4+熱力學第二定律（課件）【新教材】人教版（2019）高中物理選擇性必修第三冊

第三章熱力學定律4熱力學第二定律選修第三冊

人教版學習目標1.通過自然界中客觀過程的方向性，了解熱力學第二定律.2.了解熱力學第二定律的兩種不同表述，以及兩種表述的物理實質.3.能運用熱力學第二定律解釋自然界中的能量轉化、轉移以及宏觀自然過程的方向性問題.4.認識能量耗散，知道能源是有限的．一、熱力學第二定律1．定義：在物理學中，反映宏觀自然過程的方向性的定律．2．熱力學第二定律的克勞修斯表述：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體．闡述的是傳熱的方向性．知識梳理3．熱力學第二定律的開爾文表述：(1)熱機①熱機工作的兩個階段：第一個階段是燃燒燃料，把燃料中的化學能變成工作物質的內能；第二個階段是工作物質對外做功，把自己的內能變成機械能．②熱機用于做功的熱量一定小于它從高溫熱庫吸收的熱量，即W<Q.(2)熱力學第二定律的開爾文表述：不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產生其他影響．(該表述闡述了機械能與內能轉化的方向性)．4．熱力學第二定律的克勞修斯表述和開爾文表述是等價的．(選填“等價”或“不等價”)5．自然過程的方向性(1)熱傳導具有方向性兩個溫度不同的物體相互接觸時，熱量會自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體，而低溫物體不可能自發(fā)地將熱量傳給高溫物體，要實現(xiàn)低溫物體向高溫物體傳遞熱量，必須借助外界的幫助，因而產生其他影響或引起其他變化．(2)氣體的擴散現(xiàn)象具有方向性兩種不同的氣體可以自發(fā)地進入對方，最后成為均勻的混合氣體，但這種均勻的混合氣體，決不會自發(fā)地分開，成為兩種不同的氣體．(3)機械能和內能的轉化過程具有方向性物體在地面上運動，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，在地面上重新運動起來．(4)氣體向真空膨脹具有方向性氣體可自發(fā)地向真空容器內膨脹，但絕不可能出現(xiàn)氣體自發(fā)地從容器中流出，使容器內變?yōu)檎婵眨?．在熱力學第二定律的表述中，“自發(fā)地”“不產生其他影響”“單一熱庫”“不可能”的含義(1)“自發(fā)地”是指熱量從高溫物體“自發(fā)地”傳給低溫物體的方向性．在傳遞過程中不會對其他物體產生影響或借助其他物體提供能量等．(2)“不產生其他影響”的含義是發(fā)生的熱力學宏觀過程只在本系統(tǒng)內完成，對周圍環(huán)境不產生熱力學方面的影響．如吸熱、放熱、做功等．(3)“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，則構成機器的工作物質可以在不同溫度的兩部分之間工作，從而可以對外做功．據報道，有些國家已在研究利用海水上下溫度不同來發(fā)電．(4)“不可能”：實際上熱機或制冷機系統(tǒng)循環(huán)時，除了從單一熱庫吸收熱量對外做功，以及熱量從低溫熱庫傳到高溫熱庫以外，過程所產生的其他一切影響，不論用任何的辦法都不可能加以消除．特別提醒：(1)熱力學第二定律的兩種表述是等價的．

(2)熱力學第二定律的實質：熱力學第二定律的每一種表述，

都揭示了大量分子參與宏觀過程的方向性，使人們認識到

自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性．二、能源是有限的1．能源：具有高品質的容易利用的儲能物質．2．能量耗散：使用的能源轉化成內能分散在環(huán)境中不能自動聚集起來驅動機器做功，這樣的轉化過程叫作“能量耗散”．3．能源的使用過程中雖然能的總量保持不變，但能量的品質下降了，能源減少了．4．能量與能源的區(qū)別（1）能量是守恒的，既不會增加也不會減少．（2）能源是能夠提供可利用能量的物質．（3）能量耗散，能量總量不變，但能量品質會下降即能源減少，故我們要節(jié)約能源．三、熱力學第一定律和熱力學第二定律的比較1．兩定律的比較熱力學第一定律熱力學第二定律區(qū)別是能量守恒定律在熱力學中的表現(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機是關于在有限空間和時間內，一切和熱現(xiàn)象有關的物理過程、化學過程具有不可逆性的經驗總結，從而否定了第二類永動機聯(lián)系兩定律分別從不同角度揭示了與熱現(xiàn)象有關的物理過程所遵循的規(guī)律，二者既相互獨立，又相互補充，都是熱力學的理論基礎2.兩類永動機的比較第一類永動機第二類永動機設計要求不消耗任何能量，可以不斷做功(或只給予很少的能量啟動后，可以永遠運動下去)將內能全部轉化為機械能，而不引起其他變化(或只有一個熱庫，實現(xiàn)內能向機械能的轉化)不可能制成的原因違背了能量守恒定律違背了熱力學第二定律例題1.（2020高二下·煙臺期末）下列說法中，能夠發(fā)生且不違背熱力學第二定律的是（

）A.

一杯熱茶自然放置，茶會自動變得更熱B.

電冰箱正常工作時把箱內低溫物體的熱量傳遞到箱外高溫物體C.

只要對蒸汽機不斷革新，它就可以把蒸汽的內能全部轉化成機械能D.

利用降低海水溫度放出大量的熱量來發(fā)電，從而解決能源短缺的問題參考答案【答案】B【考點】熱力學第二定律【解析】【解答】A．熱傳遞具有方向性，熱量能自發(fā)的從高溫物體傳到低溫物體，故一杯熱茶自然放置，茶會自動變得涼，不會自動變得更熱，違背熱力學第二定律，A不符合題意；B．電冰箱通電后把箱內低溫物體的熱量傳到箱外高溫物體，此過程中消耗了電能，所以不違背熱力學第二定律，能發(fā)生，B符合題意；C．蒸汽機的能量損失不可避免，不可能把蒸汽的內能全部轉化為機械能，違背了熱力學第二定律，不能發(fā)生，C不符合題意；D．利用降低海水溫度放出大量的熱量來發(fā)電，需要消耗更多的其它能量，違背了熱力學第二定律，故不能解決能源短缺問題，D不符合題意。故答案為：B。

例題2.（2020高二下·江夏月考）關于永動機和熱力學定律的討論，下列敘述正確的是（

）A.

第二類永動機違反能量守恒定律B.

如果物體從外界吸收了熱量，則物體的內能一定增加C.

外界對物體做功，則物體的內能一定增加D.

做功和熱傳遞都可以改變物體的內能，但從能量轉化或轉移的觀點看這兩種改變方式是有區(qū)別的【答案】D【考點】熱力學第一定律（能量守恒定律），熱力學第二定律【解析】【解答】A．第二類永動機沒有違反能量守恒定律，但卻不能成功制成。A不符合題意；B．如果物體從外界吸收了熱量