物理選修3-3：第十章《熱力學(xué)定律4.熱力學(xué)第二定律》課件

4.熱力學(xué)第二定律一、熱力學(xué)第二定律的一種表述1．熱傳導(dǎo)的方向性(1)凡是實際的過程，只要涉及熱現(xiàn)象，都有特定的

性；這些過程可以自發(fā)地朝某個

進行，而相反的過程．即使不違背能量守恒定律，它們也不會

地進行．(2)一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是

的．

2．熱力學(xué)第二定律的一種表述熱量不能

地從低溫物體傳到高溫物體．這是熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述，闡述的是

的方向性．

方向方向自發(fā)不可逆自發(fā)傳熱二、熱力學(xué)第二定律的另一種表述1．熱機(1)熱機工作的兩個階段第一個階段是

，把燃料中的

變成工作物質(zhì)的內(nèi)能．第二個階段是工作物質(zhì)對外

，把自己的內(nèi)能變成．(2)熱機的效率：熱機輸出的

與燃料產(chǎn)生的

的比值．用公式表示為η＝

.燃燒燃料化學(xué)能做功機械能機械功熱量2．開爾文表述：不可能從

吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響．(即機械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化具有方向性)．單一熱源一、熱力學(xué)第二定律理解中的幾個問題1．單一熱庫：指溫度均勻并且恒定不變的系統(tǒng)．若一系統(tǒng)各部分溫度不相同或者溫度不穩(wěn)定，則構(gòu)成機器的工作物質(zhì)可以在不同溫度的兩部分之間工作，從而可以對外做功．據(jù)報道，有些國家已在研究利用海水上下溫度不同來發(fā)電．2．其他影響：指除了從單一熱庫吸收的熱量，以及所做的功以外的其他一切影響；或者除了從低溫物體吸收熱量、高溫物體得到相同的熱量外，其他一切影響和變化．不是不能從單一熱庫吸收熱量而對外做功，而是這樣做的結(jié)果，一定伴隨著其他變化或影響．同樣，也不是熱量不能從低溫物體傳到高溫物體，而是指不產(chǎn)生其他影響的自動熱傳遞是不可能的．3．關(guān)于“不可能”：實際上熱機或制冷機系統(tǒng)循環(huán)終了時，除了從單一熱庫吸收熱量對外做功，以及熱量從低溫熱庫傳到高溫熱庫以外，過程所產(chǎn)生的其他一切影響，不論用任何曲折復(fù)雜的辦法都不可能加以消除．4．兩種表述是等價的如果克勞修斯表達不成立，則開爾文表述也不成立．

5．熱力學(xué)第二定律的實質(zhì)熱力學(xué)第二定律的每一種描述，都揭示了大量分子參與宏觀過程的方向性，使人們認識到自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性．二、熱力學(xué)第一、第二定律的比較及兩類永動機的比較1．熱力學(xué)第一定律與熱力學(xué)第二定律的比較規(guī)律區(qū)別聯(lián)系熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第二定律區(qū)別熱力學(xué)第一定律是能量守恒定律在熱力學(xué)中的體現(xiàn)，否定了創(chuàng)造能量和消滅能量的可能性，從而否定了第一類永動機熱力學(xué)第二定律反映了一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是不可逆的，從而否定了第二類永動機聯(lián)系兩定律都是熱力學(xué)基本定律，分別從不同角度揭示了與熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過程所遵循的規(guī)律，二者相互獨立，又相互補充，都是熱力學(xué)的理論基礎(chǔ)2.兩類永動機的比較比較項第一類永動機第二類永動機設(shè)計要求不消耗任何能量，可以不斷地對外做功(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)不可能的原因違背了能量守恒定律違背了熱力學(xué)第二定律 關(guān)于兩類永動機和熱力學(xué)的兩個定律，下列說法正確的是()A．第二類永動機不可能制成是因為違反了熱力學(xué)第一定律B．第一類永動機不可能制成是因為違反了熱力學(xué)第二定律C．由熱力學(xué)第一定律可知做功不一定改變內(nèi)能，傳熱也不一定改變內(nèi)能，但同時做功和傳熱一定會改變內(nèi)能D．由熱力學(xué)第二定律可知熱量從低溫物體傳向高溫物體是可能的，從單一熱源吸收熱量，完全變成功也是可能的解析：

答案：D【反思總結(jié)】第一類永動機違反能量守恒定律，第二類永動機不違反能量守恒定律，但違反熱力學(xué)第二定律．熱力學(xué)第一定律是能量守恒定律的一種具體形式，而熱力學(xué)第二定律反映的是熱現(xiàn)象的方向性．◎教材資料分析〔思考與討論〕地球上海水的總質(zhì)量達1.4×1021kg.如果把這些海水的溫度降低1℃，放出的熱量就達9×1018kW·h，足夠全世界使用4000年．這個設(shè)想不違背能量守恒定律，但是不能實現(xiàn)，所以叫做第二類永動機．前面學(xué)到的，違背能量守恒定律的永動機，叫做第一類永動機．學(xué)過熱力學(xué)第二定律之后，你能說出為什么不能制成第二類永動機嗎？【點撥】

雖然第二類永動機不違反能量守恒定律，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，熱機要不斷地把吸取的熱量變?yōu)橛杏玫墓Γ筒豢杀苊獾貙⒁徊糠譄崃總鹘o低溫熱源． 根據(jù)熱力學(xué)第二定律分析，下列說法中正確的是()A．熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體，但不能從低溫物體傳到高溫物體B．熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體，也可以從低溫物體傳到高溫物體C．機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但變化的內(nèi)能不可以全部轉(zhuǎn)化為機械能D．機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，變化的內(nèi)能也可以全部轉(zhuǎn)化為機械能

解析：

答案：BD選項個性分析A錯誤根據(jù)傳熱的規(guī)律可知，熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體，但不能自發(fā)地(不需要外界幫助)從低溫物體傳到高溫物體。但是如果借助外界的幫助．熱量可以從低溫物體傳到高溫物體B正確C錯誤機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能(如一個運動物體克服摩擦力做功而最終停止運動時，機械能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能)；在一定條件下，變化的內(nèi)能也可以全部轉(zhuǎn)化為機械能，如理想氣體在等溫膨脹過程中，將吸收來的熱量全部用來做功D正確【反思總結(jié)】熱量可以從高溫物體傳到低溫物體．也可以從低溫物體傳到高溫物體，只不過前者能自發(fā)地進行，后者必須借助外界的幫助；機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能要全部轉(zhuǎn)化為機械能，肯定會引起其他變化【跟蹤發(fā)散】1－1：關(guān)于永動機和熱力學(xué)定律的討論，下列敘述正確的是()A．第二類永動機違反能量守恒定律B．如果物體從外界吸收了熱量，則物體的內(nèi)能一定增加C．外界對物體做功，則物體的內(nèi)能一定增加D．做功和熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能，但從能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的觀點來看這兩種改變方式是有區(qū)別的解析：

第二類永動機違反熱力學(xué)第二定律，并不是違反能量守恒定律，故A錯．據(jù)熱力學(xué)第二定律ΔU＝Q＋W知內(nèi)能的變化由做功W和熱傳遞Q兩個方面共同決定，只知道做功情況或只知道傳熱情況無法確定內(nèi)能的變化情況，故B、C項錯誤．做功和熱傳遞都可改變物體內(nèi)能．但做功是不同形式能的轉(zhuǎn)化，而熱傳遞是同種形式能間的轉(zhuǎn)移，這兩種方式是有區(qū)別的，故D正確．答案：

D 如圖所示為電冰箱的工作原理示意圖．壓縮機工作時，強迫制冷劑在冰箱內(nèi)外的管道中不斷循環(huán)．在蒸發(fā)器中制冷劑汽化吸收箱體內(nèi)的熱量，經(jīng)過冷凝器時制冷劑液化，放出熱量到箱體外，下列說法正確的是()A．熱量可以自發(fā)地從冰箱內(nèi)傳到冰箱外B．電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳到外界，是因為其消耗了電能C．電冰箱的工作原理不違反熱力學(xué)第一定律D．電冰箱的工作原理違反熱力學(xué)第一定律解析：

熱力學(xué)第一定律是熱現(xiàn)象中內(nèi)能與其他形式能的轉(zhuǎn)化規(guī)律，是能的轉(zhuǎn)化和守恒定律的具體表現(xiàn)，適用于所有的熱學(xué)過程，故C正確，D錯誤；再根據(jù)熱力學(xué)第二定律，熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，必須借助于其他系統(tǒng)做功．A錯誤，B正確，故選B、C.答案：

BC【跟蹤發(fā)散】2－1：關(guān)于熱現(xiàn)象和熱學(xué)規(guī)律，下列說法中正確的是()A．隨著低溫技術(shù)的發(fā)展，我們可以使溫度逐漸降低，并達到絕對零度，最終實現(xiàn)熱機效率100%B．熱量是不可能從低溫物體傳遞給高溫物體的C．第二類永動機遵守能量守恒定律故能制成D．用活塞壓縮汽缸里的空氣，對空氣做功2.0×105J，同時空氣向外界放出熱量1.5×105J，則空氣的內(nèi)能增加了0.5×105J解析：

絕對零度不可能達到，A錯誤；由熱力學(xué)第二定律知，B、C錯誤；由熱力學(xué)第一定律知，D正確．答案：

D

1．下列哪些物理過程具有方向性()A．熱傳導(dǎo)過程B．機械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程C．氣體的擴散過程 D．氣體向真空中膨脹的過程解析：

一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的自然現(xiàn)象都具有方向性，應(yīng)選ABCD.答案：

ABCD2．關(guān)于熱傳導(dǎo)的方向性，下列說法正確的是()A．熱量只能由高溫物體傳給低溫物體B．熱量能自發(fā)地由低溫物體傳給高溫物體C．在一定條件下，熱量也可以從低溫物體傳給高溫物體D．熱量一定不可能從低溫物體傳給高溫物體解析：

在有外力做功情況下，熱量可以從低溫物體傳遞給高溫物體，而熱量只能自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體，故C選項正確．答案：

C3．關(guān)于熱力學(xué)定律，下列說法正確的是()A．在一定條件下物體的溫度可以降到0KB．物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功C．吸收了熱量的物體，其內(nèi)能一定增加D．壓縮氣體總能使氣體的溫度升高解析：

熱力學(xué)零度，即我們所說的－273.15℃，這個溫度只能無限接近而不能達到，A錯；由熱力學(xué)第二定律知，物體不可能從單一熱源吸收熱量全部用來做功而不引起其他變化，換句話說，在引起其他變化的情況下，物體可以從單一熱源吸收熱量全部用來做功，所以B正確；根據(jù)熱力學(xué)第一定律，ΔU＝W＋Q知，改變物體內(nèi)能的方式是做功和熱傳遞，所以物體吸收了熱量或?qū)ξ矬w做功其內(nèi)能都不一定增加，故C、D錯．答案：

B4．下列宏觀過程能用熱力學(xué)第二定律解釋的是()A．大米和小米混合后小米能自發(fā)地填充到大米空隙中而經(jīng)過一段時間大米、小米不會自動分開B．將一滴紅墨水滴入一杯清水中，會均勻擴散到整杯水中，經(jīng)過一段時間，墨水和清水不會自動分開C．冬季的夜晚，放在室外的物體隨氣溫的降低，不會由內(nèi)能自發(fā)地轉(zhuǎn)化為機械能而動起來D．隨著節(jié)能減排措施的不斷完善，最終也不會使汽車熱機的效率達到100%解析：

熱力學(xué)第二定律反映的是與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程的方向性的規(guī)律，A不屬于熱現(xiàn)象，A錯；由熱力學(xué)第二定律可知B、C、D正確．答案：

BCD5．關(guān)于熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律，下列論述正確的是()A．熱力學(xué)第一定律指出內(nèi)能可以與其他形式的能相互轉(zhuǎn)化，而熱力學(xué)第二定律則指出內(nèi)能不可能完全轉(zhuǎn)化為其他形式的能，故這兩條定律是相互矛盾的B．內(nèi)能可以轉(zhuǎn)化為其他形式的能，只是會產(chǎn)生其他影響，故兩條定律并不矛盾C．兩條定律都是有關(guān)能量的轉(zhuǎn)化規(guī)律，它們不但不矛盾，而且沒有本質(zhì)區(qū)別D．其實，能量守恒定律已經(jīng)包含了熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律答案：

BCD6．隨著世界經(jīng)濟的快速發(fā)展，能源短缺問題日顯突出，近期油價不斷攀升，已對各國人民的日常生活造成了各種影響，如排長隊等待加油的情景已經(jīng)多次在世界各地發(fā)生，能源成為困擾世界經(jīng)濟發(fā)展的重大難題之一，下列有關(guān)能量轉(zhuǎn)化的說法中錯誤的是()A．不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他的變化B．只要對內(nèi)燃機不斷改進，就可以把內(nèi)燃機得到的全部內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能C．滿足能量守恒定律的物理過程都能自發(fā)的進行D．外界對物體做功，物體的內(nèi)能必然增加解析：

由熱力學(xué)第二定律的開爾文表述可知A對．熱機效率總低于100%，B錯．滿足能量守恒的過程未必能自發(fā)進行，任何過程一定滿足熱力學(xué)第二定律，C錯．由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q可知，W>0，ΔU不一定大于0，即內(nèi)能不一定增加，D錯．答案：

BCD7．(2011·大綱全國卷·14)關(guān)于一定量的氣體，下列敘述正確的是()A．氣體吸收的熱量可以完全轉(zhuǎn)化為功B．氣體體積增大時，其內(nèi)能一定減少C．氣體從外界吸收熱量，其內(nèi)能一定增加D．外界對氣體做功，氣體內(nèi)能可能減少解析：

由熱力學(xué)第二定律知，熱量可以完全轉(zhuǎn)化為功，但要引起其他變化，A選項對．由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q知，改變物體內(nèi)能的兩種方式是做功和熱傳遞，B項只說明氣體對外做功，沒有考慮熱傳遞；C項只說明氣體從外界吸收熱量，沒有考慮做功情況，故B、C選項均錯，D選項對．