Transcript temp_12052517134954热力学第二定律

热力学第二定律
知识回顾：热力学第一定律与能量守恒定律
1、热力学第一定律是能量守恒的具体体现。
2、能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，
它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到
别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变。
3、第一类永动机：不需要任何动力或燃料，却能不断对外做
功的机器。
任何机器运动时只能将能量从一种形式转化为另一种形
式，而不可能无中生有地创造能量，即第一类永动机是不可能
制造出来的。
第一类永动机违背了能量守恒定律。
思考与讨论
1、煮好的热鸡蛋放进冷水中，过一会儿鸡蛋温度降低，水的
温度升高，最后温度相同。试想：原来温度相同的水和鸡蛋，
过一会儿水的温度自动降低，鸡蛋的温度自动升高，你见过吗？
2、一杯清水中滴一滴墨水，过一会儿水变黑了。试想：变黑
的水重新变回清水，而其中的碳颗粒自发的聚集成一滴墨水，
能实现吗？
事实表明：
一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的!
热力学第二定律
在物理学中，反映宏观自然过程的方向性的
定律就是热力学第二定律。
热力学第二定律
一、第一种表述：
热量不能自发地从低温物体传到高温物体
----克劳修斯表述
热量只能自发地
从高温物体传到低温物体；
热量不能自发地
从低温物体传到高温物体。
“自发地”：指没有任何外界的影响和帮助。
热力学第二定律
思考：
电冰箱内部的温度比外部低，致冷系统还能够
不断地把冰箱内的热量传给外界的空气。
•冰箱能否把热量从冰箱内的低温物体传给冰箱外
的高温物体？
该过程是否违背了热力学第二定律？
如何解释？
热力学第二定律
小结：
热量只能自发的
从高温物体传到低温物体；
热量不能自发地
从低温物体传到高温物体。
热量能从低温物体传到高温
物体，但该过程不是自发的，必
须有第三者介入。
小结：
•热力学第二定律的一种表述:
热量不能自发地从低温物体传到高温物体。
----克劳修斯表述
•克劳修斯表述的实质：
热传递过程是不可逆的。
热力学第二定律
1、生活中能见到哪些热机？
2、热机在两个工作阶段中，能量是如何转化的？
3、热机的效率如何计算？ 热机的效率η=W/Q
4、若没有漏气，没有摩擦，没有热量的损失，热
机的效率能否达到100%？
热机所吸收的热量能否全部转化为功？
不能
热机的工作原理图：
高温热库
吸热
热机
放热
低温热库
W
在任何情况下，热机
从高温热库吸热（Q1）
对外做功（W）时，定
要向低温热库放热（Q2）
即：
W<Q1
即使没有漏气，没
有摩擦，没有热损，热
机的效率也不会是100%！
热力学第二定律
二、第二种表述：
不可能从单一热库吸收，使之完全变成功，而
不产生其他影响。
——开尔文表述
开尔文表述的实质:
机械能与内能的转化具有方向性——
机械能能全部转化为内能，
但内能不能全部转化为机械能，而不引起其他变化。
热力学第二定律
热力学第二定律的两种表述是等价的。
热力学第二定律是独立于热力学第一定律的一个
重要自然规律．
热力学第二定律揭示了：
自然界中一切与热现象有关的宏观过程都具有
方向性，都是不可逆的。
任何宏观自然过程方向性的说明，都是热力
学第二定律的一种表述。
热现象的方向性（实例）
1、热传递的方向性
2、能量转化有方向性
3、扩散现象有方向性
A
B
A
B
热力学第二定律可表述为：
气体向真空中绝热自由膨胀的过程不可逆。
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过程具有方向性的自然
规律，违背了热力学第二定律。
热力学第二定律另一表述为：
第二类永动机不可制成。
总结
一、热力学第二定律的各种表述：
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。
2、开尔文表述：
不可能从单一热库吸收，使之完全变成
功，而不产生其他影响。
3、气体向真空中绝热自由膨胀的过程不可逆。
4、第二类永动机不可制成。
二、热力学第二定律的实质：
自然界中一切与热现象有关的宏观过程都具有方
向性，都是不可逆的。
例1：根据热力学第二定律，下列判断正确的是
A、电流所做的功不可能全部变为内能
B、在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变
为电能
C、热机中，燃气内能不可能全部变为机械能
D、在热传导中，热量不可能自发地从低温物体
传递给高温度物体．
BCD
例2：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．热量不可能由低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3：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4：下列说法中可行的是 (
)
① 将地球上所有海水的温度降低0.1℃，以放
出大量内能供人类使用
② 制造一种机器，把物体与地面摩擦所产生
的热量全部收集起来再全部加以使用
③ 建造一只可以从海洋中提取热量的船，把
热量转化为机械能，驱动螺旋桨旋转
④ 制造一种效率为100％的热机
A.．①可行
B．①④可行
C．②④可行
D．①②③④都不可行
D
练习1：根据热力学第二定律，可知下列说法中正
确的是：
A、热量能够从高温物体传到高温物体，但不能从
低温物体传到高温物体
B、热量能够从高温物体传到高温物体，也可能从
低温物体传到高温物体
C、机械能可以全部转化成内能，但内能不可能全
部转化为机械能
D、机械能可以全部转化成内能，内能也可能全部
转化为机械能
BD
练习2：关于第二类永动机，下列说法正确的是
A、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，而不引起其他变化的
热机叫做第二类永动机。
B、第二类永动机违反了能量守恒定律，所以不可
能制成
C、第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全
部转化为内能，内能却不能全部转化为机械能。
D、第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全
部转化为内能，内能却不可能全部转化为机械能，
同时不引起其他变化。
AD
练习3：下列说法中正确的是
A、热量不可能从低温物体传到高温物体
B、从单一热库吸收的热量全部转化为功是可能的
C、一切自然过程总是沿着有序性增大的方向进行
D、在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减少
E、一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进
行。
F、在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减少，热力
学第二定律也叫做熵增加原理。
G、熵较大的宏观状态就是无序性较大的宏观状态，也就是概
率出现较大的宏观状态。
H、一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展。
BDEFGH
练习4：图中气缸盛有定量的理想气体，气缸壁是导热的，
缸外环境保持恒温，活塞与气缸壁的接触是光滑的，但不
漏气，现将活塞杆与外界连接使缓慢地向右移动，这样气
体将等温膨胀并通过杆对外做功。若已知理想气体的内能
只与温度有关，则下列说法正确的是
A、气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，因此此过程
违反热力学第二定律
B、气体是从单一热源吸热，但并未全用来对外做功，因此
此过程不违反热力学第二定律
C、气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，但此过程不
违反热力学第二定律
D、A、B、C三种说法都不对
C