第4章 4.3　熱力學(xué)第二定律+4.4　描述無序程度的物理量

1、.43熱力學(xué)第二定律44描繪無序程度的物理量學(xué) 習(xí) 目 標知 識 脈 絡(luò)1.知道熱傳遞及宏觀過程的方向性重點2理解熱力學(xué)第二定律的兩種不同的表述，以及這兩種表述的物理本質(zhì)重點、難點3明確什么是有序和無序，理解熱力學(xué)第二定律的微觀意義難點4理解熵的概念. 熱力學(xué)第二定律 1自然過程的方向性1熱傳遞具有方向性：熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體，卻不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體2一切自發(fā)過程都是有方向性的，是不可逆的2熱機1定義：一種把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能的裝置2理想熱機的工作原理：熱機從熱源吸收熱量Q1，推動活塞做功W，然后向低溫熱源冷凝器釋放熱量Q2.3效率：由能量守恒定律知：Q1WQ2，而

2、我們把熱機做的功W和它從熱源吸收的熱量Q1的比值叫做熱機效率，用表示，即.4熱機不可能把它得到的全部內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能，即效率不可能到達100%.3熱力學(xué)第二定律1克勞修斯表述：不可能使熱量從低溫物體傳到高溫物體，而不引起其他變化此表述提醒出熱傳遞具有方向性2開爾文表述：不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化此表述提醒出能量在轉(zhuǎn)化過程中具有方向性3第三種表述：第二類永動機是不可能制成的1溫度不同的兩個物體接觸時，熱量會自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體×2熱傳導(dǎo)的過程是具有方向性的3熱量不能由低溫物體傳給高溫物體×熱量能自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體，我們所說的

3、“自發(fā)地指的是沒有任何的外界影響或者幫助電冰箱是讓“熱由低溫環(huán)境傳遞到高溫環(huán)境這是不是自發(fā)進展的？說明理由圖4­3­1【提示】電冰箱可以把熱量從低溫物體傳給高溫物體，在該過程中電冰箱要消耗電能一旦切斷電源，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對熱力學(xué)第二定律的理解1克勞修斯表述指明熱傳遞等熱力學(xué)宏觀現(xiàn)象的方向性，不需要借助外界提供能量的幫助，其物理本質(zhì)是提醒了熱傳遞過程是不可逆的2開爾文表述中的“單一熱源指溫度恒定且均勻的熱源“不引起其他變化惟一效果是熱量全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣Χ饨缂跋到y(tǒng)都不發(fā)生任何變化其物理本質(zhì)提醒了功

4、變熱過程是不可逆的3熱力學(xué)第二定律的每一種表述都提醒了大量分子參與的宏觀過程的方向性，進而使人們認識到自然界中一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性，都是不可逆的2熱力學(xué)第二定律與熱力學(xué)第一定律的關(guān)系1關(guān)于滑動摩擦力做功：熱力學(xué)第一定律中，滑動摩擦力做功可以全部轉(zhuǎn)化為熱熱力學(xué)第二定律卻說明這一熱量不可能在不引起其他變化的情況下完全變成功2關(guān)于熱量的傳遞：熱力學(xué)第一定律說明熱量可以從高溫物體自動傳到低溫物體，而熱力學(xué)第二定律卻說明熱量不能自動地從低溫物體傳向高溫物體3關(guān)于能量：熱力學(xué)第一定律說明在任何過程中能量必守恒，熱力學(xué)第二定律卻說明并非所有能量守恒過程均能實現(xiàn)，能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移有方向性4兩定

5、律的關(guān)系：熱力學(xué)第一定律是和熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過程中能量守恒的特殊表達形式，說明功及熱量與內(nèi)能改變的定量關(guān)系；而第二定律指出了滿足能量轉(zhuǎn)化與守恒的過程不一定都能進展，指出過程進展具有方向性其本質(zhì)是一切變化過程的自然開展方向不可逆，除非靠外界影響所以二者互相獨立，又互相補充3第二類永動機的特點1定義：只從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)橛杏霉Χ划a(chǎn)生其他影響的熱機2第二類永動機不可能制成雖然第二類永動機不違背能量守恒定律，但大量的事實證明，在任何情況下，熱機都不可能只有一個熱源，熱機要不斷地把汲取的熱量變?yōu)橛杏玫墓?，就不可防止地將一部分熱量傳給低溫熱源很顯然，假如第二類永動機能制成，那么就可以利用空

6、氣或海洋作為熱源，從它們那里不斷汲取熱量而做功，這是最經(jīng)濟不過的，因為海洋的內(nèi)能實際上是取之不盡的4兩類永動機的比較分類第一類永動機第二類永動機設(shè)計要求不消耗任何能量，可以不斷做功或只給予很小的能量啟動后，可以永遠運動下去將內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機械能，而不引起其他變化或只有一個熱源，實現(xiàn)內(nèi)能與機械能的轉(zhuǎn)化不可能的原因違犯了能量的轉(zhuǎn)化與守恒定律違犯了熱力學(xué)第二定律【說明】宏觀能量的轉(zhuǎn)化效率不可能等于100%，也是熱力學(xué)第二定律的表達1以下關(guān)于熱力學(xué)第二定律的說法正確的選項是A所有符合能量守恒定律的宏觀過程都能真的發(fā)生B一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是不可逆的C機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能無法全部

7、用來做功以轉(zhuǎn)換成機械能而不引其他影響D氣體向真空的自由膨脹是可逆的E熱運動的宏觀過程會有一定的方向性【解析】熱運動的宏觀過程會有一定的方向性，符合能量守恒定律的宏觀過程并不能都真的發(fā)生，故A錯誤，E正確；根據(jù)熱力學(xué)第二定律，一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是不可逆的，所以氣體向真空的自由膨脹是不可逆的，故B正確，D錯誤；根據(jù)熱力學(xué)第二定律，不可能從單一熱源吸收熱量使之完全轉(zhuǎn)換為有用的功而不產(chǎn)生其他影響，所以機械能可以全部轉(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，故C正確【答案】BCE2根據(jù)熱力學(xué)第二定律，以下說法中正確的選項是【導(dǎo)學(xué)號：35500043】A電流的電能不可能全部轉(zhuǎn)變成內(nèi)能

8、B在火力發(fā)電中，燃氣的內(nèi)能不可能全部轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔蹸在熱機中，燃氣的內(nèi)能不可能全部轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能D在熱傳導(dǎo)中，熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫物體E熱量可以從低溫物體傳向高溫物體，而不引起其他的影響【解析】電能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，如純電阻電路，而燃氣的內(nèi)能不可能全部轉(zhuǎn)化為電能和機械能，故A錯誤，B、C正確；根據(jù)熱力學(xué)第二定律關(guān)于熱傳導(dǎo)的描繪知，D正確，E錯誤【答案】BCD3以下說法中正確的選項是A機械能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能是不可能的B機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能C第二類永動機不可能制造成功的原因是因為能量既不會消失，也不會創(chuàng)生，只能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，或從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式D根據(jù)熱力學(xué)第二定

9、律可知，熱量可能從低溫物體傳到高溫物體E從單一熱源吸收的熱量全部變?yōu)楣κ强赡艿摹窘馕觥繖C械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故A錯誤，B正確；第二類永動機不可能制造成功是因為它違犯了熱力學(xué)第二定律，故C錯誤；熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，但假如不是自發(fā)地，是可以進展的，故D正確；從單一熱源吸收的熱量全部用來做功而不引起其他變化，是不可能的，但假如是從單一熱源吸收的熱量全部變?yōu)楣Φ耐瑫r也引起了其他的變化，是可能的，故E正確【答案】BDE理解熱力學(xué)第二定律的方法1理解熱力學(xué)第二定律的本質(zhì)，即自然界中進展的所有涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性理解的關(guān)鍵在于“自發(fā)和“不引起其他變化2正確理解哪些過程不會到

10、達100%的轉(zhuǎn)化而不產(chǎn)生其他影響描繪無序程度的物理量 1宏觀方向性的微觀本質(zhì)1擴散現(xiàn)象的微觀本質(zhì)：擴散現(xiàn)象中，由于氣體分子的無規(guī)那么運動打亂了系統(tǒng)原來的有序分布，這個系統(tǒng)的無序程度增加了2熱傳遞的微觀本質(zhì)：發(fā)生熱傳遞之前，兩個溫度不同的物體內(nèi)的分子按分子平均動能的大小有序分布，一旦發(fā)生熱傳遞，兩個物體內(nèi)分子的平均動能逐漸變成一個中間值，也就是說系統(tǒng)的無序程度增加了3不管是擴散現(xiàn)象還是熱傳遞，都說明宏觀過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進展2熵1概念：熱力學(xué)系統(tǒng)處于任何一個狀態(tài)都對應(yīng)著一個熵，熵的大小表征著熱力學(xué)系統(tǒng)內(nèi)分子熱運動雜亂無章的程度2熱力學(xué)第二定律的又一種表述：任何一個孤立系統(tǒng)自

11、發(fā)變化時，熵永遠不會減少3無處不在的熵1任何宏觀物質(zhì)系統(tǒng)，它們都有熵，熵可以在過程中增加和傳遞2熵的概念已拓展到自然科學(xué)和社會科學(xué)的各個領(lǐng)域3熵增加原理與能量守恒定律一起控制著一切自然過程的發(fā)生和開展1熵是系統(tǒng)內(nèi)分子運動無序性的量度2在自然過程中熵總是增加的3熵值越大代表越有序×成語“覆水難收指一盆水潑出后是不可能再回到盆中的，請結(jié)合熵的變化解釋為什么水不會自發(fā)地聚到盆中【提示】由于盆的形狀確定，水在盆中時，空間位置和所占據(jù)的空間的體積一定，顯得“有序“整齊和“集中，系統(tǒng)的熵低當把水潑出后，它的形狀不再受盆的限制，各種可能的形狀都有，占據(jù)的空間面積和所處的位置都有多種可能，顯得“混亂

12、“分散，較為“無序，系統(tǒng)的熵高水潑出的過程屬于從有序向無序的轉(zhuǎn)化過程，導(dǎo)致熵的增加，符合熵增加原理反之，水聚到盆中的過程，屬于從無序向有序的轉(zhuǎn)化，即從高熵向低熵轉(zhuǎn)化，不符合熵增加原理，因此水不能自發(fā)地聚到盆中1熵是反映系統(tǒng)無序程度的物理量，正如溫度反映物體內(nèi)分子平均動能大小一樣，系統(tǒng)越混亂無序程度越大，這個系統(tǒng)的熵就越大2從微觀的角度看，熱力學(xué)第二定律是一個統(tǒng)計規(guī)律，一個孤立系統(tǒng)總是從熵小的狀態(tài)向熵大的狀態(tài)開展，而熵值較大代表著較為無序，所以自發(fā)的宏觀過程總是向無序程度更大的方向開展3對于絕熱或孤立的熱力學(xué)系統(tǒng)而言，所發(fā)生的是由非平衡態(tài)向著平衡態(tài)的變化過程，因此，總是朝著熵增加的方向進展或者說

13、，一個孤立系統(tǒng)的熵永遠不會減小，這就是熵增加原理熵增加原理的適用對象是對于孤立系統(tǒng)，假如是非孤立系統(tǒng)，熵有可能減少4在任何自然過程中，一個孤立系統(tǒng)的總熵不會減小，假如過程可逆，那么熵不變；假如過程不可逆，那么熵增加4在以下表達中，正確的選項是A熵是物體內(nèi)分子運動無序程度的量度B對孤立系統(tǒng)而言，一個自發(fā)的過程中熵總是向減少的方向進展C熱力學(xué)第二定律的微觀本質(zhì)是：熵總是增加的D熵值越大，說明系統(tǒng)內(nèi)分子運動越無序E一個非孤立系統(tǒng)總是從熵小的狀態(tài)向熵大的狀態(tài)開展【解析】熵是物體內(nèi)分子運動無序程度的量度，系統(tǒng)內(nèi)分子運動越無序，熵值越大，故A、D正確；對孤立系統(tǒng)而言，一個自發(fā)的過程中熵總是向增加的方向進展，故B錯誤；根據(jù)熱力學(xué)第二定律，擴散、熱傳遞等現(xiàn)象與溫度有關(guān)，但凡與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程，都具有方向性，其本質(zhì)說明熵總是增加的，故C正確；對于一個非孤立的系統(tǒng)在與外界有能量交換時，其熵也有可能變小，故E錯誤【答案】ACD5對于孤立體系中發(fā)生的實際過程，以下說法中正確的選項是A系統(tǒng)的總熵不可能減小B系統(tǒng)的總熵可能增大，可能不變，還可能減小C系統(tǒng)逐漸從比較有序的狀態(tài)向無序的狀態(tài)開展D系統(tǒng)逐漸從比較無序的狀態(tài)向更加有序的狀態(tài)開展E在自然的可逆過程中，孤立系統(tǒng)的總熵不變【解析】一個孤立系統(tǒng)自發(fā)發(fā)生的實際過程，系統(tǒng)的熵要么增大，要么不變，但不會減少，A正確，B錯誤；對