3.4 熱力學(xué)第二定律 課件-2024-2025學(xué)年高二下學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第三冊

3.4熱力學(xué)第二定律

把剛煮好的熱雞蛋放在冷水中，過一會兒，雞蛋的溫度降低，水的溫度升高，最后水和雞蛋的溫度相同。是否可能發(fā)生這樣的現(xiàn)象:原來溫度相同的水和雞蛋過一會兒水的溫度自發(fā)的降低而雞蛋溫度自發(fā)上升，生蛋變成熟蛋？

熱量自發(fā)地由高溫物體向低溫物體傳遞的過程是不可逆的。導(dǎo)入一滴紅色顏料滴進一杯清水中擴散，整杯水將均勻地變紅。，水中擴散后的顏料能否自發(fā)地重新聚集在一起，而其余部分又變成清水？擴散現(xiàn)象進行是有方向的,過程是不可逆的。

能量守恒定律告訴我們，在自然界發(fā)生的一切過程中能量都是守恒的，一個導(dǎo)致能量創(chuàng)生或能量消滅的過程是不可能出現(xiàn)的。然而，并不是所有符合能量守恒定律的宏觀過程都能真的發(fā)生。

無數(shù)事實告訴我們，一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是不可逆的。物體間的傳熱氣體的膨脹擴散現(xiàn)象有摩擦的機械運動熱現(xiàn)象都有特定的方向溫度由高到低體積由大到小由密到疏由功到熱一、熱力學(xué)第二定律1.一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的自然過程都是有方向性的.2．熱力學(xué)第二定律：在物理學(xué)中，反映宏觀自然過程的方向性的定律。3．熱力學(xué)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。（傳熱的方向性）熱量能從低溫物體傳到高溫物體，但不是自發(fā)的。高溫低溫自發(fā)低溫高溫自發(fā)

電冰箱的內(nèi)部溫度比外部溫度低，為什么致冷系統(tǒng)還能不斷地把箱內(nèi)熱量傳給外界的空氣？繼續(xù)降溫，直至達到設(shè)定的溫度。電冰箱工作時違反熱力學(xué)第二定律嗎？貯藏的食品大氣電冰箱制冷系統(tǒng)熱量熱量電源做功

因為電冰箱消耗了電能，對制冷系統(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，外界的熱量會自發(fā)地傳給電冰箱，使其溫度逐漸升高。①熱機：是一種把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能的裝置。②工作原理和過程：第一階段燃料燃燒，把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能尾氣排放等Q損第二階段工作質(zhì)對外做功，把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能。Q熱機W二、熱力學(xué)第二定律的另一種表述由能量守恒定律知道Q

=

W+Q損熱機的效率燃料產(chǎn)生的熱量Q輸出機械功W漏氣熱損散熱熱損摩擦熱損③效率：Q損思考：如果沒有漏氣、沒有摩擦，也沒有機體熱量的損失，這樣的熱機的效率是不是100％？行駛過程中，熱機燃料在燃燒，（高溫）空氣，它的溫度怎么樣都比氣缸內(nèi)的溫度低吧，（低溫）自發(fā)傳熱

所以熱機必然會有損耗，這樣的熱機的效率永遠不是100％不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響。熱力學(xué)第二定律的開爾文表述：（內(nèi)能和機械能之間轉(zhuǎn)化的方向性）可從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，但會產(chǎn)生其他影響。5.兩種表述是等價的開爾文表述闡述了機械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性：機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能無法全部用來做功以轉(zhuǎn)換成機械能。

熱力學(xué)第二定律的上述兩種表述是等價的，可以從其中一種表述推導(dǎo)出另一種表述。1、克勞修斯表述：

按熱傳遞的方向性來表述：熱量不能自發(fā)從低溫物體傳到高溫物體。2、卡爾文表述：

不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響。（效率）三、第二類永動機1）定義：只從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)橛杏玫墓Χ灰鹌渌兓臒釞C。2）第二類永動機不可能制成：第一類永動機第二類永動機設(shè)計要求不可能原因不消耗任何能量，可以不斷地做功（或給予很少的能量啟動后，能夠永遠運動）將內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機械能，而不引起其他變化違背能量轉(zhuǎn)化與守恒定律違背熱力學(xué)第二定律違反熱力學(xué)第二定律3．能源的使用過程中雖然能量的總量保持守恒，但能量的品質(zhì)下降了。雖然能量總量不會減少，但能源會逐步減少，因此能源是有限的資源。1．能量耗散：機械能、電能、光能、聲能、化學(xué)能、核能、生物能……最終都轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，流散到周圍環(huán)境中，無法重新自動聚集起來加以利用的現(xiàn)象。2．能源：是指具有高品質(zhì)的容易利用的儲能物質(zhì)。四、能源是有限的熵與熵增加原理自然界的很多過程是不可逆的例如，一個容器被隔板均分為A、B兩部分，一定量的氣體處于容器A中，而B為真空。抽取隔板K，A中的氣體就會擴散到B中，最后整個容器的A、B兩部分都均勻地分布了這種氣體。這個過程顯然是不可逆的。

1850年，克勞修斯首次提出熵的概念，熵可用來表達一個系統(tǒng)的無序程度，系統(tǒng)從有序向無序的發(fā)展過程中熵在增加。在物理學(xué)中，不與外界進行物質(zhì)和能量交換的系統(tǒng)叫作孤立系統(tǒng)。在自發(fā)過程中，系統(tǒng)總是自發(fā)地向無序方向發(fā)展，即一個孤立系統(tǒng)的熵值總是不減少的，這就是熵增加原理。1．下列說法正確的是（）A．機械能全部變成內(nèi)能是不可能的B．第二類永動機不可能制造成功的原因是因為能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，只能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，或從一種形式轉(zhuǎn)化成另一種形式C．根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體D．從單一熱源吸收的熱量全部變成功是可能的D2.下列說法中正確的是（）A.熱量能自發(fā)地由高溫物體傳到低溫物體B.熱量能自發(fā)地由低溫物體傳到高溫物體C.熱量一定不可能由低溫物體傳到高溫物體D.空調(diào)機既能制熱又能制冷，說明熱傳遞不存在方向性A【解析】A對，B錯：熱量能自發(fā)地由高溫物體傳到低溫物體，但不能自發(fā)地由低溫物體傳到高溫物體。C錯：熱量可能由低溫物體傳到高溫物體，如電冰箱將內(nèi)部的熱量傳到外部。D錯：熱傳遞存在方向性的含義是指熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳遞到低溫物體，而不能自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫物體，但若有其他影響也可以將熱量從低溫物體傳遞到高溫物體，空調(diào)機制冷時必須通過壓縮機做功才能實現(xiàn)熱量從低溫物體傳遞到高溫物體。3.［多選］下列說法中正確的是（）A.第一類永動機不可能制成，因為它違背了能量守恒定律B.第二類永動機不可能制成，因為它違背了能量守恒定律C.熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律是相互獨立的D.熱力學(xué)第二定律的兩種表述是等效的解析：A對，B錯：第一類永動機違背了能量守恒定律，第二類永動機違背了熱力學(xué)第二定律。C對：熱力學(xué)第一定律與熱力學(xué)第二定律相互獨立。D對：熱力學(xué)第二定律的兩種表述是等效的。ACD3.4熱力學(xué)第二定律一、熱力學(xué)第二定律1.一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的自然過程都是有方向性的.2．熱力學(xué)第二定律克勞修斯表述：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。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(chǎn)生其他影響。（機械能