选修33 10.4热力学第二定律ppt课件.ppt
第十章 热力学定律,10.4 热力学第二定律,东海县白塔高级中学高二物理组,问题,能量守恒定律告诉我们：在在自然界发生的一切过程中能量都是守恒的,满足能量守恒的过程是否都能实现呢？,思考与讨论：P57,结论1. 热量自发地由高温物体向低温物体传递的过程是不可逆的。,结论2. 扩散现象进行是有方向的,过程是不可逆的。,结论3. 功可以自动转化为热，但热却不能自动转化为功。通过摩擦而使功转变为热的过程是不可逆的。,结论4. 气体膨胀(绝热自由膨胀)的过程是不可逆的。,一.自然过程的方向,结论：无数事实告诉我们：凡是实际的过程，只要涉及热现象，如热传递、气体的膨胀、扩散、有摩擦的机械运动都有特定方向。也就是说，一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。,克劳修斯表述指明热传导过程是不可逆的。,（1）克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体.,二.热力学第二定律,高温,低温,理解“自发：”：当两个物体接触时，不需要第三者介入、不会对任何第三者产生影响，热量就能从一个物体传递到另外一个物体。,低温,高温,自发,自发,电冰箱的内部温度比外部温度低，为什么致冷系统还能不断地把箱内热量传给外界的空气？,电冰箱工作时违反热力学第二定律吗？,因为电冰箱消耗了电能，对制冷系统做了功，一旦切断电源，电冰箱就不能把其内部的热量传给外界的空气了相反，外界的热量会自发地传给电冰箱，使其温度逐渐升高,贮藏的食品,大气,电冰箱制冷系统,做功,热传导的方向性,即：热量不可能从低温物体传到高温物体而不产生其他影响。,热传导的过程是有方向性的，这个过程可以向一个方向自发地进行，但是向相反的方向却不能自发地进行。要实现相反方向的过程，必须借助外界的帮助，因而产生其它影响或引起其它变化。如果设想克劳修斯表述不成立，即在无任何外界做功的情况下，热量就能从低温热源传向高温热源。按此设想就可制成一种无功致冷机，如图所示，它无需消耗功就能致冷。克劳修斯表述否定了这种可能性。,热机：是一种把内能转化为机械能的装置。(汽油机、柴油机、蒸汽轮机、喷气发动机等）,一阶段：燃料燃烧产生热量 Q1（高温热源）（燃料中化学能转化为工作物质的内能）,二阶段：推动活塞对外做功 W（工作物质内能变成机械能）,热机能流图,燃料产生的热量Q,输出机械功W,漏气热损,散热热损,摩擦热损,工作原理和过程：,机械能与内能转化的方向性的进一步讨论,效率：由能量守恒定律知道 Q1 = W +Q2 热机的效率：,高温热库,低温热库,Q1,Q2,对外做功,W,热机的效率小于100%，就不可能把从高温热源吸收的热量全部转化为机械能，总有一部分热量散发到冷凝器或大气中。,热机工作时的能流分配,例如，利用热机循环，吸热可对外作出功来但实际热机的循环除了热变功外，还必定有一定的热量从高温热源传给低温热源，即产生了其它效果。 热全部变为功的过程也是有的，如，理想气体等温膨胀。但在这一过程中除了气体从单一热源吸热完全变为功外，还引起了其它变化，即过程结束时，气体的体积增大了。,（2）开尔文表述：不可能从单一热源吸取热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。,二.热力学第二定律的另一种表述,开尔文表述揭示机械能与内能转化方向性机械能可以全部转化为内能，而内能无法全部用来做功以转换成机械能。,定律的两种表述,1.两种表述是等价的(自主学习p52) 可以从一种表述导出另一种表述，两种表述都称为热力学第二定律2.对任何一类宏观过程进行方向的说明，都可以作为热力学第二定律的表述。例如：气体向真空的自由膨胀是不可逆的。3.热力学第二定律的意义 提示了有大量分子参与的宏观过程的方向性，是独立于热力学第一定律的一个重要自然规律（自主学习p53）,对热力学第二定律的理解,第二类永动机,1.第二类永动机：人们把想象中能够从单一热源吸收热量，全部用来做功而不引起其它变化叫做第二类永动机。2.第二类永动机不可能制成！表示机械能和内能的转化过程具有方向性尽管机械能可以全部转化为内能，内能却不能在不引起其他变化全部转化成机械能3.第一类永动机和第二类永动机 它们都不可能制成，第一类永动机的设想违反了能量守恒定律；第二类永动机的设想虽不违反能量守恒定律，但违背了跟热现象相联系的宏观自然过程具有方向性的规律（热力学第二定律）。看一种热机设计方案是否可行，不仅要看是否遵守能量守恒定律，还要看是否满足热力学第二定律。,热力学第二定律的另一种表述就是：第二类永动机不可能制成。,例1.下列说法正确的是 ( ) A在自然条件下，热传递的过程是不可逆的 B热量不可能由高温物体传递给低温物体C气体的扩散过程具有方向性 D一切形式能量转化都不具有方向性,AC,例2.根据热力学第二定律，可知下列说法中正确的是（ ） A不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其它变化B没有冷凝器，只有单一的热源，能将从单一热源吸收的热量全部用来做功，而不引起其它的变化的热机是可实现的 C致冷系统能将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气中而不引起其它变化D不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化,AD,例3.根据热力学定律和分子动理论，可知下列说法中正确的是（ ）A我们可以利用高科技手段，将流散到周围环境中的内能重新收集起来加以利用而不引起其它变化B利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能，这在原理上是可行的C分子间的作用力总是随分子间的距离增大而减小D温度升高时，物体中每个分子的运动速率都将增大,B,
