人教版道德與法治七年級(jí)下冊(cè)成長的不僅僅是身體課件7

第八章熱力學(xué)基礎(chǔ)第八章熱力學(xué)基礎(chǔ)1本章內(nèi)容的重點(diǎn)和難點(diǎn)：1、研究對(duì)象：處于變化過程中的熱力學(xué)系統(tǒng)（從一個(gè)平衡態(tài)變化到另一個(gè)平衡態(tài)）功、內(nèi)能、熱量相互轉(zhuǎn)換的量的關(guān)系與進(jìn)行的方向。2、研究方法：采用理想氣體構(gòu)成的熱力學(xué)系統(tǒng)3、研究結(jié)果：獲得熱力學(xué)第一定律，獲得等溫、等壓、等容等準(zhǔn)靜態(tài)過程熱力學(xué)系統(tǒng)功、內(nèi)能、熱量的計(jì)算；本章內(nèi)容的重點(diǎn)和難點(diǎn)：25、建立理想循環(huán)模型——卡諾循環(huán)；獲得卡諾循環(huán)（熱機(jī)和致冷機(jī)）功、熱量和效率的計(jì)算；在分析熱機(jī)（循環(huán)）和致冷機(jī)（循環(huán)）效率上，獲得熱力學(xué)第二定律：6、熱力學(xué)第二定律兩種表述方式：開爾文表述與克勞修斯表述的區(qū)別與聯(lián)系8、對(duì)熱力學(xué)第二定律的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)：熱力學(xué)第二定律與可逆過程與不可逆過程；熱力學(xué)第二定律的微觀統(tǒng)計(jì)意義；熱力學(xué)第二定律與熵的概念與熵增原理5、建立理想循環(huán)模型——卡諾循環(huán)；獲得卡諾循環(huán)（熱機(jī)和致冷機(jī)3問題：下面物體的一生有什么特點(diǎn)？1、一雙鞋子、一件衣服。2、一朵鮮花。3、一個(gè)人。問題：下面物體的一生有什么特點(diǎn)？4問題：下面這些過程有什么特點(diǎn)？1、物質(zhì)擴(kuò)散。2、熱傳導(dǎo)。問題：下面這些過程有什么特點(diǎn)？5問題：下面這些過程有什么特點(diǎn)？1、生物進(jìn)化問題：下面這些過程有什么特點(diǎn)？6結(jié)論：這些例子表明，由大量粒子構(gòu)成的系統(tǒng)總是自發(fā)地從新走向舊，從生命力強(qiáng)走向衰敗，從高濃度向低濃度擴(kuò)散，從高溫向低溫傳熱。當(dāng)然，自然界也存在大量又低級(jí)向高級(jí)發(fā)展的過程；熱力學(xué)的任務(wù)就是從物理運(yùn)動(dòng)角度解釋這些過程的規(guī)律。結(jié)論：這些例子表明，由大量粒子構(gòu)成的系統(tǒng)總是自發(fā)地從新走向舊7一、幾個(gè)概念：1、熱力學(xué)系統(tǒng)：由大量分子/原子所構(gòu)成的對(duì)象?？梢允菤怏w、液體、固體或混合體。2、外界：熱力學(xué)系統(tǒng)之外的環(huán)境3、熱力學(xué)過程：系統(tǒng)從某狀態(tài)開始經(jīng)歷一系列中間狀態(tài)到達(dá)另一狀態(tài)的過程。4、準(zhǔn)靜態(tài)過程：在熱力學(xué)系統(tǒng)的變化過程中，如果每個(gè)中間狀態(tài)都是平衡態(tài)，則該過程為準(zhǔn)靜態(tài)過程。一、幾個(gè)概念：8討論：1）準(zhǔn)靜態(tài)過程是個(gè)理想的過程，實(shí)際是不可能發(fā)生的。過程與平衡是一對(duì)矛盾。系統(tǒng)一發(fā)生變化，原來的平衡態(tài)就被破壞，系統(tǒng)將處于非平衡態(tài)（各處溫度、密度不均勻）,這時(shí)系統(tǒng)不能用平衡態(tài)時(shí)的狀態(tài)參量描述。氣體活塞砂子討論：氣體活塞砂子92）準(zhǔn)靜態(tài)過程的P-V圖表示3)只要實(shí)際過程進(jìn)行非常緩慢，因此每個(gè)中間態(tài)近似處理成平衡態(tài)。12氣體活塞砂子問題：為什么要提出準(zhǔn)靜態(tài)過程？2）準(zhǔn)靜態(tài)過程的P-V圖表示3)只要實(shí)際過程進(jìn)行非常緩慢，10二、熱力學(xué)第一定律從能量變化的角度，揭示熱力學(xué)系統(tǒng)在熱力學(xué)過程中應(yīng)該滿足的規(guī)律。一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)在準(zhǔn)靜態(tài)過程一定要發(fā)生變化，從能量變化的角度，一定與外界發(fā)生能量交換。以一定體積的氣體升高溫度為例子，這個(gè)熱力學(xué)過程存在那些能量形式變化和數(shù)量關(guān)系?未升溫的氣體具有一定的溫度，具有一定的內(nèi)能E。內(nèi)能的特點(diǎn)如下:二、熱力學(xué)第一定律11因此系統(tǒng)內(nèi)能的增量只與系統(tǒng)起始和終了狀態(tài)有關(guān)，與系統(tǒng)所經(jīng)歷的過程無關(guān).

理想氣體內(nèi)能

:表征系統(tǒng)狀態(tài)的單值函數(shù),理想氣體的內(nèi)能僅是溫度的函數(shù).1、系統(tǒng)內(nèi)能的特點(diǎn)因此系統(tǒng)內(nèi)能的增量只與系統(tǒng)起始和終了狀態(tài)有關(guān)，與系統(tǒng)所經(jīng)歷的12問題：氣體升溫的過程就是一個(gè)改變其內(nèi)能的熱力學(xué)過程，改變氣體系統(tǒng)內(nèi)能有什么途徑？問題：氣體升溫的過程就是一個(gè)改變其內(nèi)能的熱力學(xué)過程，改變氣體13實(shí)驗(yàn)證明：氣體系統(tǒng)從一定溫度的A狀態(tài)變化到另一個(gè)溫度的B

狀態(tài)，可以采用做功和傳熱的方法。不管經(jīng)過什么過程，只要始末狀態(tài)確定，氣體系統(tǒng)內(nèi)能變化保持一定，做功和傳熱之和保持不變.由于作功與熱傳遞的等效性：從改變系統(tǒng)內(nèi)能的角度，傳熱與作功是等效的。歷史上有許多熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)證實(shí)這種等效性。實(shí)驗(yàn)證明：氣體系統(tǒng)從一定溫度的A狀態(tài)變化到另一個(gè)溫度的B14

熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)：作機(jī)械功改變系統(tǒng)狀態(tài)的焦耳實(shí)驗(yàn)AV作電功改變系統(tǒng)狀態(tài)的實(shí)驗(yàn)熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)：作機(jī)械功改變系統(tǒng)狀態(tài)的焦耳實(shí)驗(yàn)AV作電功改變15問題：如何計(jì)算外界對(duì)系統(tǒng)作功的數(shù)量？問題：如何計(jì)算外界對(duì)系統(tǒng)作功的數(shù)量？162、作功1）對(duì)于準(zhǔn)靜態(tài)過程，外界與系統(tǒng)的功的交換表示為SV1V22、作功SV1V217注意：作功與過程有關(guān).2）作功與過程有關(guān)功是能量傳遞和轉(zhuǎn)換的量度，它引起系統(tǒng)熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化.注意：作功與過程有關(guān).2）作功與過程有關(guān)功是能量傳遞和轉(zhuǎn)183、熱傳遞——熱量（過程量）由于系統(tǒng)和外界之間存在溫差而發(fā)生的能量傳遞.熱量是系統(tǒng)與外界之間通過傳熱方式傳遞能量的量度，1）過程量：與過程有關(guān)；2）等效性：改變系統(tǒng)熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)作用相同；

宏觀運(yùn)動(dòng)能量分子熱運(yùn)動(dòng)能量功分子熱運(yùn)動(dòng)能量分子熱運(yùn)動(dòng)能量熱量3）功與熱量的物理本質(zhì)（能量轉(zhuǎn)換）不同.1卡=4.18J，1J=0.24卡功與熱量的異同：3、熱傳遞——熱量（過程量）由于系統(tǒng)和外界之間存在溫差而發(fā)19三、熱力學(xué)第一定律數(shù)學(xué)表示

熱力學(xué)第一定律：在一個(gè)系統(tǒng)的熱力學(xué)過程中，一般地說，系統(tǒng)內(nèi)能改變是系統(tǒng)作功和傳熱的共同結(jié)果。內(nèi)能、作功、熱量的關(guān)系為微小變化過程：有限變化過程：符號(hào)規(guī)定：Q>0表示系統(tǒng)從外界吸熱，Q<0表示系統(tǒng)向外界放熱。W>0系統(tǒng)（膨脹）對(duì)外界作功，W<0外界對(duì)系統(tǒng)（壓縮）作功;E2>E1內(nèi)能增大,E2<E1內(nèi)能減少。三、熱力學(xué)第一定律數(shù)學(xué)表示符號(hào)規(guī)定：Q>0表示系統(tǒng)從外界吸熱20討論：（1）第一定律表明：系統(tǒng)內(nèi)能的改變，一部分用來對(duì)外界作功，另一部分用來與外界進(jìn)行熱傳遞；（2）第一定律本質(zhì)上是能量守恒定律在熱力學(xué)過程的體現(xiàn)（3）第一定律也可以表述成：第一類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的。討論：21

第一類永動(dòng)機(jī)物理模型第一類永動(dòng)機(jī)物理模型22熱力學(xué)第一定律揭示了在任意熱力學(xué)過程中內(nèi)能、功、熱量三者必須滿足的定量關(guān)系。但這三個(gè)量的大小與實(shí)際的熱力學(xué)過程有關(guān)。下面我們通過幾個(gè)具體的準(zhǔn)靜態(tài)過程對(duì)這三個(gè)量進(jìn)行計(jì)算。這些熱力學(xué)過程比較簡(jiǎn)單，容易理解。熱力學(xué)第一定律揭示了在任意熱力學(xué)過程中內(nèi)能、功、熱量23計(jì)算各等值過程的熱量、功和內(nèi)能的理論基礎(chǔ)（1）（理想氣體的共性）（2）解決過程中能量轉(zhuǎn)換的問題（3）（理想氣體的狀態(tài)函數(shù)）

（4）各等值過程的特性.五、熱力學(xué)第一定律在幾種準(zhǔn)靜態(tài)過程的應(yīng)用計(jì)算各等值過程的熱量、功和內(nèi)能的理論基礎(chǔ)（1）（理想氣體的24單位：1等體過程摩爾定體熱容過程方程：熱力學(xué)第一定律：特性：常量

摩爾定體熱容:

理想氣體在等體過程中吸收的熱量，使溫度升高,其摩爾定體熱容為單位：1等體過程摩爾定體熱容過程方程：熱力學(xué)第一定律25

對(duì)1mol理想氣體，內(nèi)能可得對(duì)1mol理想氣體，內(nèi)能可得26總結(jié)：在等體過程中，作功、熱量、內(nèi)能變化的計(jì)算分別為注意：以后無論什么過程，只要系統(tǒng)的溫度從T1變化T2，內(nèi)能變化的計(jì)算都能采用下面的式子計(jì)算：總結(jié)：在等體過程中，作功、熱量、內(nèi)能變化的計(jì)算分別為注意：以27

等體升壓

12

等體降壓

12等體升壓12等體降壓12282等壓過程摩爾定壓熱容過程方程：熱一律：特性：常量功：

摩爾定壓熱容:

理想氣體在等壓過程中吸收的熱量，溫度升高，其摩爾定壓熱容為12W2等壓過程摩爾定壓熱容過程方程：熱一律：特性：29

稱為Mayer公式。定義摩爾熱容比：(J.Mayer)稱為Mayer公式。定義摩爾熱容比：(J.M30總結(jié)：在等壓過程中，作功、熱量、內(nèi)能變化的計(jì)算分別為總結(jié)：在等壓過程中，作功、熱量、內(nèi)能變化的計(jì)算分別為3112W等壓膨脹12W等壓壓縮

W

W12W等壓膨脹12W等壓壓縮WW323等溫過程熱力學(xué)第一定律：恒溫?zé)嵩碩12特征：常量過程方程：3等溫過程熱力學(xué)第一定律：恒溫?zé)嵩碩12特征：33總結(jié)：在等溫過程中，內(nèi)能、作功、熱量分別為：總結(jié)：在等溫過程中，內(nèi)能、作功、熱量分別為：3412等溫膨脹W12W等溫壓縮

W

W12等溫膨脹W12W等溫壓縮WW354絕熱過程與外界無熱量交換的過程特征：12絕熱的汽缸壁和活塞熱一律4絕熱過程與外界無熱量交換的過程特征：12絕熱的汽缸壁和36若已知及從可得:若已知及從37人教版道德與法治七年級(jí)下冊(cè)成長的不僅僅是身體課件738總結(jié)：在絕熱過程中，作功、熱量、內(nèi)能變化的計(jì)算分別為總結(jié)：在絕熱過程中，作功、熱量、內(nèi)能變化的計(jì)算分別為39

絕熱過程方程的推導(dǎo)分離變量得：絕熱過程方程的推導(dǎo)分離變量得：40絕熱

方程常量常量常量絕熱方程常量常量常量4112W絕熱膨脹12W絕熱壓縮

W

W12W絕熱膨脹12W絕熱壓縮WW425絕熱線和等溫線的比較絕熱過程曲線的斜率：等溫過程曲線的斜率：結(jié)論：絕熱線的斜率大于等溫線的斜率.常量常量ABC常量5絕熱線和等溫線的比較絕熱過程曲線的斜率：等溫過程曲線的斜43問題：等溫變化過程和絕熱過程為什么不引入相應(yīng)的摩爾熱容？等溫變化過程的摩爾熱容是多少？絕熱過程的摩爾熱容是多少？問題：等溫變化過程和絕熱過程為什么不引入相應(yīng)的摩爾熱容？44例1設(shè)有5mol的氫氣，最初的壓強(qiáng)為溫度為，求在下列過程中，把氫氣壓縮為原體積的1/10需作的功:1）等溫過程，2）絕熱過程.3）經(jīng)這兩過程后，氣體的壓強(qiáng)各為多少？解1）等溫過程2）氫氣為雙原子氣體12常量例1設(shè)有5mol的氫氣，最初的壓強(qiáng)453）對(duì)等溫過程對(duì)絕熱過程,有12常量3）對(duì)等溫過程對(duì)絕熱過程,有12常量46

例2氮?dú)庖夯训獨(dú)夥旁谝粋€(gè)絕熱的汽缸中.開始時(shí),氮?dú)獾膲簭?qiáng)為50個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓、溫度為300K;經(jīng)急速膨脹后,其壓強(qiáng)降至1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓,從而使氮?dú)庖夯?試問此時(shí)氮的溫度為多少?

解：氮?dú)饪梢暈槔硐霘怏w,其液化過程為絕熱過程.例2氮?dú)庖夯训獨(dú)夥旁谝粋€(gè)絕熱的汽缸中.開始47幾種準(zhǔn)靜態(tài)過程比較幾種準(zhǔn)靜態(tài)過程比較48小結(jié)：前面研究了幾種熱力學(xué)過程中內(nèi)能、功、熱量的定量關(guān)系。我們發(fā)現(xiàn)：通過熱力學(xué)系統(tǒng)的熱力學(xué)過程，可以實(shí)現(xiàn)熱量與功相互轉(zhuǎn)換。對(duì)生產(chǎn)實(shí)際而言，我們比較關(guān)心的是熱量與功的轉(zhuǎn)換以及轉(zhuǎn)換效率問題，比如熱機(jī)（內(nèi)燃機(jī)、火箭）、制冷機(jī)的制冷效率問題。因此，熱量與功的轉(zhuǎn)換效率及如何提高轉(zhuǎn)換效率成為研究熱力學(xué)的重要問題。小結(jié)：49問題：根據(jù)熱力學(xué)第一定律，熱力學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)外界作功有什么途徑？12W等壓膨脹12W絕熱膨脹12等溫膨脹W問題：根據(jù)熱力學(xué)第一定律，熱力學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)外界作功有什么途徑50問題：熱力學(xué)過程可以實(shí)現(xiàn)熱量與功的轉(zhuǎn)換，怎樣的熱力學(xué)過程才能實(shí)現(xiàn)熱量與功的持續(xù)轉(zhuǎn)換？

問題：熱力學(xué)過程可以實(shí)現(xiàn)熱量與功的轉(zhuǎn)換，怎樣的熱力學(xué)過程才能51系統(tǒng)經(jīng)過一變化狀態(tài)過程后，又回到原來狀態(tài)的過程叫熱力學(xué)循環(huán)過程.分為正循環(huán)/順時(shí)針和逆循環(huán)/逆時(shí)針。熱力學(xué)第一定律：凈功特征：一循環(huán)過程AB總吸熱總放熱（取絕對(duì)值）系統(tǒng)經(jīng)過一變化狀態(tài)過程后，又回到原來狀態(tài)的過程叫熱力學(xué)循環(huán)過52二熱機(jī)/正循環(huán)效率熱機(jī)效率：熱機(jī)：熱機(jī)高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩碅B二熱機(jī)/正循環(huán)效率熱機(jī)效率：熱機(jī)：熱機(jī)高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩碅B53致冷機(jī)致冷系數(shù)：致冷機(jī)：AB致冷機(jī)高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩慈吕錂C(jī)/逆循環(huán)的致冷系數(shù)致冷機(jī)致冷系數(shù)：致冷機(jī)：AB致冷機(jī)高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩慈吕?4熱機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)介1698年薩維利和1705年紐可門先后發(fā)明了蒸汽機(jī)，當(dāng)時(shí)蒸汽機(jī)的效率極低,1765年瓦特進(jìn)行了重大改進(jìn)，大大提高了效率.人們一直在為提高熱機(jī)的效率而努力，從理論上研究熱機(jī)效率問題，一方面指明了提高效率的方向，另一方面也推動(dòng)了熱學(xué)理論的發(fā)展各種熱機(jī)的效率：液體燃料火箭：柴油機(jī)：汽油機(jī)：蒸汽機(jī)：熱機(jī)：能夠持續(xù)地將熱量轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ臋C(jī)器.熱機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)介各種熱機(jī)的效率：液體燃料火箭：柴油機(jī)：汽油機(jī)：蒸55熱機(jī)：能夠持續(xù)地將熱量轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ臋C(jī)器.工作物質(zhì)（工質(zhì)）：熱機(jī)中被利用來吸收熱量并對(duì)外做功的物質(zhì).熱機(jī)：能夠持續(xù)地將熱量轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ臋C(jī)器.工56制冷機(jī)/冰箱：就是通過外界作功，持續(xù)不斷地從低溫物體吸取熱量向高溫物體排放的機(jī)器。制冷機(jī)/冰箱：就是通過外界作功，持續(xù)不斷地從低溫物體吸取熱量57問題：熱機(jī)循環(huán)過程的效率和制冷機(jī)循環(huán)過程致冷系數(shù)到底與哪些因素有關(guān)？問題：熱機(jī)循環(huán)過程的效率和制冷機(jī)循環(huán)過程致冷系數(shù)到底與哪些因58卡諾循環(huán)過程的提出：為了定量研究熱機(jī)和制冷機(jī)的效率問題，卡諾根據(jù)實(shí)際熱機(jī)的工作特點(diǎn)：存在一個(gè)能提供熱量用于作功的（燃料）熱源，又存在一個(gè)接受排出來熱量的熱源（環(huán)境）。提出了一個(gè)理想循環(huán)過程，稱為卡諾循環(huán)。理想的循環(huán)過程總是存在一個(gè)高溫?zé)嵩矗ㄈ剂希┖偷蜏責(zé)嵩矗ōh(huán)境）。其正循環(huán)為卡諾熱機(jī)（理想熱機(jī)），逆循環(huán)為卡諾制冷機(jī)（理想制冷機(jī)）?？ㄖZ循環(huán)過程的具體構(gòu)成是怎樣？卡諾循環(huán)過程的提出：59四卡諾循環(huán)/CarnotCycle

低溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩纯ㄖZ熱機(jī)WABCD1824年法國的年青工程師卡諾提出一個(gè)工作在兩熱源之間的理想循環(huán)—卡諾循環(huán).給出了熱機(jī)效率的理論極限值.卡諾循環(huán)：兩個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)等溫過程兩個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)絕熱過程組成四卡諾循環(huán)/CarnotCycle低溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩?0理想氣體卡諾循環(huán)熱機(jī)效率的計(jì)算

A—B等溫膨脹

B—C絕熱膨脹

C—D等溫壓縮

D—A絕熱壓縮卡諾循環(huán)：WABCDA—B等溫膨脹吸熱：理想氣體卡諾循環(huán)熱機(jī)效率的計(jì)算A—B等溫膨脹卡諾循61C—D

等溫壓縮放熱：WABCD

D—A絕熱過程：B—C

絕熱過程：

C—D等溫壓縮放熱：WABCDD—A絕熱過程：62卡諾熱機(jī)效率：結(jié)論：卡諾熱機(jī)效率與工作物質(zhì)無關(guān)，只與兩個(gè)熱源的溫度有關(guān)，兩熱源的溫差越大，則卡諾循環(huán)的效率越高.

卡諾熱機(jī)效率：結(jié)論：卡諾熱機(jī)效率與工作物質(zhì)無關(guān)，只與兩個(gè)熱63圖中兩卡諾循環(huán)嗎？討論：圖中兩卡諾循環(huán)嗎？討論：64討論（1）卡諾熱機(jī)效率公式指明決定熱機(jī)效率的因素和提高效率的途徑。依據(jù)卡諾熱機(jī)效率公式，理想熱機(jī)的熱功轉(zhuǎn)換效率始終小于100%；（2）提高熱機(jī)效率的途徑是提高高溫?zé)嵩吹臏囟然蛘呓档偷蜏責(zé)嵩吹臏囟龋挥懻?5（3）由于實(shí)際熱機(jī)存在摩擦等損耗因素，理想熱機(jī)沒有摩擦等損耗因素，因而實(shí)際熱機(jī)的效率小于或等于理想熱機(jī)的效率；（3）由于實(shí)際熱機(jī)存在摩擦等損耗因素，理想熱機(jī)沒有摩擦等損耗66高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩纯ㄖZ致冷機(jī)卡諾致冷機(jī)（卡諾逆循環(huán)）卡諾致冷機(jī)致冷系數(shù)：WABCD高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩纯ㄖZ致冷機(jī)卡諾致冷機(jī)（卡諾逆循環(huán)）卡諾致冷機(jī)67人教版道德與法治七年級(jí)下冊(cè)成長的不僅僅是身體課件768討論（1）依據(jù)卡諾致冷機(jī)致冷系數(shù)公式，理想致冷機(jī)的致冷系數(shù)始終有限。即要把熱量從低溫物體釋放到高溫物體，一定要作功。（2）提高致冷系數(shù)的途徑？（3）實(shí)際致冷機(jī)的致冷系數(shù)都小于或等于理想致冷機(jī)的致冷系數(shù)討論69小結(jié)：1）卡諾循環(huán)的提出為研究熱機(jī)的效率問題（當(dāng)然為研究致冷機(jī)的制冷效率問題）提供了理論基礎(chǔ)。2）人們思索這樣的問題：效率達(dá)到100%的熱機(jī)和熱量從低溫物體傳導(dǎo)到高溫物體并不違反能量轉(zhuǎn)化與守恒定律，可是為什么不可能實(shí)現(xiàn)？進(jìn)一步的思考導(dǎo)致熱力學(xué)第二定律的發(fā)現(xiàn)。小結(jié)：70五、熱力學(xué)第二定律兩種表述方式：1、開爾文表述：不可能制造一種熱機(jī)，它從單一熱源吸熱，全部用來對(duì)外作功。有人曾計(jì)算過，地球表面有10億立方千米的海水，以海水作單一熱源，若把海水的溫度哪怕只降低O.25度，放出熱量，將能變成一千萬億度的電能足夠全世界使用一千年。但只用海洋做為單一熱源的熱機(jī)是違反上述第二種講法的，因此要想制造出熱效率為百分之百的熱機(jī)是絕對(duì)不可能的。五、熱力學(xué)第二定律有人曾計(jì)算過，地球表面有10億立方千米的海712、克勞修斯表述：熱量不可能自動(dòng)地從低溫?zé)嵩磦鬟f到高溫?zé)嵩础?、熱力學(xué)第二定律也可以表述為在：第二類熱機(jī)（效率為100%）不可能制造。Clausiusstatement（1850）：Noprocessispossiblewhosesoleresultisthetransferofheatfromacoolertoahotterbody.Clausiusstatementshowsthatanyspontaneousprocessrelatedwithheatisirreversible.

2、克勞修斯表述：熱量不可能自動(dòng)地從低溫?zé)嵩磦鬟f到高溫?zé)嵩础?2問題：為什么存在這么多種不同的表述？第二定律和第一定律比較：第一定律否定了創(chuàng)造能量和消滅能量的可能性，第二定律闡明了過程進(jìn)行的方向性，否定了以特殊方式利用能量的可能性。

問題：為什么存在這么多種不同的表述？第二定律和第一定律比較：73因?yàn)樽匀唤缰兴械臒崃W(xué)過程是等效的?？梢宰C明：如果開爾文表述不正確，則克勞修斯表述也是不正確的；反之亦然。因?yàn)樽匀唤缰兴械臒崃W(xué)過程是等效的。74從可逆過程和不可逆過程角度理解熱力學(xué)第二定律：1）可逆過程：如果系統(tǒng)經(jīng)歷一個(gè)熱力學(xué)循環(huán)過程，系統(tǒng)恢復(fù)原狀，同時(shí)外界也恢復(fù)原狀。2）不可逆過程：如果系統(tǒng)經(jīng)歷一個(gè)熱力學(xué)循環(huán)過程，系統(tǒng)恢復(fù)原狀，同時(shí)外界不能恢復(fù)原狀。3）從過程是否可逆的角度，熱力學(xué)第二定律指出：自然界的所有自發(fā)的熱力學(xué)過程都是不可逆過程。比如高溫物體與低溫物體的熱傳導(dǎo)過程；功熱轉(zhuǎn)換過程；氣體絕熱自由膨脹過程。從可逆過程和不可逆過程角度理解熱力學(xué)第二定律：75開爾文表述等效熱功轉(zhuǎn)換過程的不可逆性和方向性：自然界一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際宏觀過程都是不可逆的.熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)完全功不完全熱無序有序自發(fā)絕熱的汽缸壁和活塞絕熱壓縮可以把功轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的熱能，但系統(tǒng)無法通過絕熱膨脹把熱能完全轉(zhuǎn)化為功，為什么？說明功熱轉(zhuǎn)換過程是不可逆的。開爾文表述等效熱功轉(zhuǎn)換過程的不可逆性和方向性：自然界一切76非自發(fā)傳熱自發(fā)傳熱高溫物體低溫物體克勞修斯表示等效熱傳導(dǎo)過程的不可逆性和方向性：非均勻、非平衡均勻、平衡自發(fā)低溫物體高溫物體非自發(fā)傳熱自發(fā)傳熱高溫物體低溫物體克勞修斯表示等效熱傳導(dǎo)過77古詩中不可逆過程描寫：劉希夷之代悲白頭翁——年年歲歲花相似，歲歲年年人不同；張若虛之春江花月夜——人生代代無窮已，江月年年只相似；杜甫之春望——國破山河在，城春草木深；崔顥之黃鶴樓——昔人已乘黃鶴去，此地空留黃鶴樓；李白之登金陵鳳凰臺(tái)——鳳凰臺(tái)上鳳凰游，鳳去臺(tái)空江自流；古詩中不可逆過程描寫：劉希夷之代悲白頭翁——年年歲歲花相似，781）

在相同高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩粗g工作的任意工作物質(zhì)的可逆機(jī)都具有相同的效率.

六卡諾定理2）工作在相同的高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩粗g的一切不可逆機(jī)的效率都不可能大于可逆機(jī)的效率.(不可逆機(jī))（可逆機(jī)）以卡諾機(jī)為例，有1）在相同高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩粗g工作的任六卡諾定理2）79七能量品質(zhì)能量轉(zhuǎn)換和守恒定律熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第二定律卡諾定理有用能是受到限制的低溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩纯ㄖZ熱機(jī)可利用的能量越多該能量品質(zhì)越好,反之則差.熱力學(xué)第二定律揭示：在不同能量形式的轉(zhuǎn)換過程中，總能量是不變的，但能量品質(zhì)越來越差。七能量品質(zhì)能量轉(zhuǎn)換和守恒定律熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第二定律80討論一：熱力學(xué)第二定律的微觀意義以自由膨脹為例。從氣體微觀運(yùn)動(dòng)的角度，認(rèn)識(shí)熱力學(xué)第二定律的微觀統(tǒng)計(jì)意義。討論一：熱力學(xué)第二定律的微觀意義81Statisticsignificance：(1)Example:Spontaneousexpansionof4moleculessystem.Statisticsignificance：(1)Exa82人教版道德與法治七年級(jí)下冊(cè)成長的不僅僅是身體課件783結(jié)論：一切自然過程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)無序度增大的方向進(jìn)行，孤立系統(tǒng)總是從熱力學(xué)概率小的宏觀態(tài)向熱力學(xué)概率大的宏觀態(tài)進(jìn)行。結(jié)論：一切自然過程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)無序度增大的方向進(jìn)行，孤84討論二：自發(fā)熱力學(xué)過程能否從無序走向有序？存在麥克斯韋妖(Maxwelldemon)嗎？值得一提的是，除了熱寂說以外，麥克斯韋也曾提出過另外一個(gè)有名的悖論，向熱力學(xué)第二定律發(fā)起了挑戰(zhàn)。他設(shè)想在兩個(gè)相鄰的容器之間開一個(gè)窗口，由一個(gè)可以分辨分子速度的小精靈操縱窗戶的開閉，如圖所示。小精靈的任務(wù)是將左室中的快分子全部放入右室，而將右室中的慢分子全部放人左室。這樣，只要依靠容器內(nèi)小精靈的工作就可以使系統(tǒng)在不與外界發(fā)生聯(lián)系的情況下實(shí)現(xiàn)右室溫度升高，而左室溫度降低，討論二：自發(fā)熱力學(xué)過程能否從無序走向有序？存在麥克斯韋妖(M85從而圖中麥克斯韋妖破壞系統(tǒng)原有的熱平衡。由于這個(gè)小精靈具有非凡的微觀分辨力，能夠做出驚人之舉：通過有選擇地歸類不同速率的分子，實(shí)現(xiàn)溫度高的粒子群與溫度低的粒子群的分離，而破壞熱力學(xué)第二定律，因而人們將其稱為麥克斯韋妖(Maxwelldemon)。從而圖中麥克斯韋妖破壞系統(tǒng)原有的熱平衡。由于這個(gè)小精靈具有非86討論三：熱力學(xué)第二定律的熵的解釋——熵增加原理1）熵是描述一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)無序程度的物理量；2）系統(tǒng)越有序，熵越少；越無序，熵越多；3）從熵的角度，熱力學(xué)第二定律表述為：孤立系統(tǒng)發(fā)生的熱力學(xué)過程都朝著熵增加的方向進(jìn)行。討論三：熱力學(xué)第二定律的熵的解釋——熵增加原理87能量守恒定律表明：透支是不行的！熵增加定律表明：孤立的熱力學(xué)系統(tǒng)連不盈不虧也不行！孤立系統(tǒng)雖然能量總量不變，經(jīng)過一系列過程后，能量的品質(zhì)一定越來越差！熵增加定律表明：孤立的熱力學(xué)系統(tǒng)連不盈不虧也不行！能量守恒定律表明：透支是不行的！熵增加定律表明：孤立的熱力學(xué)88高能量引力能電勢(shì)能機(jī)械動(dòng)能核能太陽能化學(xué)能地?zé)崮艿秃Ｋ疅崮懿煌芰啃问降哪芰康钠焚|(zhì)高89油頁巖：90E21四種能源的儲(chǔ)備情況克服能源危機(jī)的辦法：節(jié)約能源；開發(fā)新能源燃料儲(chǔ)量/J剩余可供開采時(shí)間石油12E219E21天然氣11E2110E21煤188E21184E21油頁巖：90E2190討論四：熱力學(xué)第二定律與時(shí)間的單方向性所有不涉及熱現(xiàn)象的物理規(guī)律均時(shí)間反演對(duì)稱,它們沒有對(duì)時(shí)間的方向作出規(guī)定.所謂時(shí)間反演,通俗地講就是時(shí)光倒流;而物理定律時(shí)間反演對(duì)稱則指,經(jīng)過時(shí)間反演后,該定律依然成立.以牛頓定律為例,它是時(shí)間反演對(duì)稱的.不妨考察自由落體運(yùn)動(dòng):一物體由靜止開始,在重力作用下自由下落,其初速度V(0)=0,加速度a=g,設(shè)其末速度為V(t),下落高度為h.現(xiàn)進(jìn)行時(shí)間反演,則有其初速度V'(0)=-V(t),加速度a'=g,末速度V'(t)=V(0),上升高度為h,易證這依然滿足牛頓定律.討論四：熱力學(xué)第二定律與時(shí)間的單方向性91但熱現(xiàn)象則不同,一杯水初始溫度等于室溫,為T(0),放在點(diǎn)燃酒精燈上,從酒精燈火焰吸收熱量Q后溫度為T(t).現(xiàn)進(jìn)行時(shí)間反演,則是水的初溫為T'(0)=T(t),放在點(diǎn)燃酒精燈上,放出熱量Q給酒精燈火焰,自身溫度降為T'(t)=T(0).顯然這違背了熱力學(xué)第二定律關(guān)于熱量只能從高溫物體傳向低溫物體的陳述.故熱力學(xué)第二定律禁止時(shí)間反演.在第一個(gè)例子中,如果考慮到空氣阻力,時(shí)間反演后也會(huì)與理論相悖,原因在于空氣阻力做功產(chǎn)生了熱.但熱現(xiàn)象則不同,一杯水初始溫度等于室溫,為T(0),放92新能源和新能量形式轉(zhuǎn)換1）燃料電池2）太陽能電池3）風(fēng)能利用新能源和新能量形式轉(zhuǎn)換93我們需要對(duì)技術(shù)文明進(jìn)行思考？1、大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)——帶來物質(zhì)的豐富，污染的加劇，環(huán)境的破壞2、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展——帶來農(nóng)藥，激素和化肥的巨大應(yīng)用兩百年的工業(yè)革命把地球糟蹋得千瘡百孔，生態(tài)失衡，以工業(yè)技術(shù)成果為標(biāo)志的技術(shù)文明的發(fā)展，到底是讓人類走近理想的樂園還是奔向地獄？是有意打開更加美妙的音樂盒還是無意揭開更多的潘多拉盒子？是建設(shè)更美好家園還是成為人類自己的掘墓人？我們需要對(duì)技術(shù)文明進(jìn)行思考？94結(jié)論：可逆卡諾循環(huán)的熱功比之和等于零。2）任意可逆循環(huán)過程：處理成很多可逆卡諾循環(huán)，整個(gè)循環(huán)過程熱溫比之和表示為九、從熵的角度認(rèn)識(shí)熱力學(xué)第二定律1）可逆卡諾循環(huán)結(jié)論：可逆卡諾循環(huán)的熱功比之和等于零。九、從熵的角度認(rèn)識(shí)熱力95可逆循環(huán)的熱溫比等于零，說明對(duì)于始末態(tài)一定的可逆變化過程，熱溫比之和是不變的，因此引進(jìn)和始末狀態(tài)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)函數(shù)S1、S2，則狀態(tài)函數(shù)變化為S稱為系統(tǒng)某個(gè)狀態(tài)的熵。于是熵的變化等于可逆過程的熱溫比之和?？赡嫜h(huán)的熱溫比等于零，說明對(duì)于始末態(tài)一定的可逆變化過程，熱962）不可逆卡諾循環(huán)過程：過程熱溫比之和表示為任意不可逆循環(huán)過程：分解為許多小卡諾循環(huán)，則整個(gè)過程熱溫比之和表示為2）不可逆卡諾循環(huán)過程：過程熱溫比之和表示為任意不可逆循環(huán)過97人教版道德與法治七年級(jí)下冊(cè)成長的不僅僅是身體課件798任意不可逆過程，熵的變化大于等于不可逆過程的熱溫比之和。即綜合考慮起來，對(duì)于任意熱力學(xué)（可逆或不可逆）過程，熵的變化與過程熱溫比的關(guān)系表示為其中，對(duì)于可逆過程，取等號(hào)；對(duì)于不可逆過程，取大于號(hào)。任意不可逆過程，熵的變化大于等于不可逆過程的熱溫比之和。即99對(duì)于絕熱過程，dQ=0，則熵變化為等號(hào)對(duì)應(yīng)于可逆絕熱過程，大于號(hào)對(duì)應(yīng)不可逆絕熱過程對(duì)于孤立系統(tǒng)中的任意自發(fā)的熱力學(xué)過程因此，孤立系統(tǒng)的自發(fā)熱力學(xué)過程，熵總是增加，稱為熵增原理對(duì)于絕熱過程，dQ=0，則熵變化為100答：（B）

例一定量的理想氣體，由平衡態(tài)AB，則無論經(jīng)過什么過程，系統(tǒng)必然：

A）對(duì)外作正功；B）內(nèi)能增加；

C）從外界吸熱；D）向外界放熱。VPAB**o功和熱量都是過程量,始末狀態(tài)確定后，不同過程，功和熱量是不同的;而內(nèi)能是狀態(tài)量只決定于始末狀態(tài),與過程無關(guān).答：（B）例一定量的理想氣體，由平衡101

例一定量的理想氣體從體積膨脹到體積分別經(jīng)過如下的過程，其中吸熱最多的過程是什么過程？（A-B等壓過程；A-C等溫過程；A-D絕熱過程）解ABCD例一定量的理想氣體從體積膨脹到體積102PVACBD等溫絕熱過程內(nèi)能增量ΔE/J作功W/J吸熱Q/JA→B050B→C-50C→D-50-150D→AABCD循環(huán)效率η＝

例一定量理想氣體的循環(huán)過程如P－V圖所示，請(qǐng)?zhí)顚懕砀裰械目崭?50500-100150015025%PVACBD等溫絕熱過程內(nèi)能增量ΔE/J作功W/J吸熱Q/J103例：一定量的理想氣體經(jīng)歷acb過程時(shí)吸熱200J，則經(jīng)歷acbda過程時(shí)，吸熱多少？解：ebad1414c例：一定量的理想氣體經(jīng)歷acb過程時(shí)吸熱200J，104問：一條等溫線與一條絕熱線能否有兩個(gè)交點(diǎn)？答：不可能.因?yàn)?若一條等溫線與一條絕熱線有兩個(gè)交點(diǎn)，則兩條曲線構(gòu)成了一個(gè)循環(huán)過程，它僅從單一的熱源吸熱，且