第三章　4　熱力學(xué)第二定律

4熱力學(xué)第二定律［學(xué)習(xí)目標(biāo)］1.了解熱力學(xué)第二定律的兩種不同表述，以及兩種表述的物理實質(zhì)(重點)。2.能運用熱力學(xué)第二定律解釋自然界中的能量轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移以及宏觀自然過程的方向性問題(難點)。3.理解能量耗散，知道能源是有限的。一、熱力學(xué)第二定律一滴黑色顏料滴進一杯清水中擴散，整杯水將均勻地變黑。從系統(tǒng)的角度來看，擴散之前是一種狀態(tài)，擴散后是另一種狀態(tài)。那么，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？這說明了什么？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

1.熱現(xiàn)象的方向性：一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是的，即與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程有性。

2.熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述：熱量不能地從溫物體傳到溫物體。闡述的是傳熱的性。

3.熱力學(xué)第二定律的開爾文表述：(1)熱機①熱機工作的兩個階段：第一個階段是燃燒燃料，把燃料中的變成工作物質(zhì)的；第二個階段是工作物質(zhì)對外，把自己的內(nèi)能變成。

②熱機用于做功的熱量一定它從高溫?zé)釒煳盏臒崃?，即WQ。

(2)熱力學(xué)第二定律的開爾文表述：不可能從單一熱庫吸收熱量，使之，而不產(chǎn)生其他影響。(該表述闡述了機械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性)

4.熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述和開爾文表述是(選填“等價”或“不等價”)的。

5.熱力學(xué)第二定律的實質(zhì)：揭示了宏觀自然過程的。

1.傳熱的方向性能否簡單理解為“熱量不會從低溫物體傳給高溫物體”？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________2.如圖所示是制冷機和熱機的工作過程示意圖，通過此圖思考以下問題：(1)制冷機工作時熱量是自發(fā)地從低溫?zé)釒靷鞯礁邷責(zé)釒靻?？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(2)熱機工作時能否將從高溫?zé)釒煳盏臒崃咳坑糜谧龉Γ縚_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(1)只要滿足能量守恒定律的物理過程都能實現(xiàn)。()(2)由熱力學(xué)第二定律可知熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體。()(3)不可能從單一熱庫吸收熱量，使之全部變成功。()例1下列過程中可能發(fā)生的是()A.某種物質(zhì)從高溫?zé)嵩次?0kJ的熱量，全部轉(zhuǎn)化為機械能，而沒有產(chǎn)生其他影響B(tài).打開一高壓密閉容器，其內(nèi)氣體自發(fā)逸出后又自發(fā)跑進去，恢復(fù)原狀C.利用其他手段，使低溫物體的溫度更低，高溫物體的溫度更高D.將兩瓶不同液體混合，然后它們又自發(fā)地各自分開例2(多選)(2023·開遠市第一中學(xué)高二期末)地球上有很多的海水，其總質(zhì)量約為1.4×1018t，如果這些海水的溫度降低0.1℃，將要放出5.8×1023J的熱量。有人曾設(shè)想利用海水放出的熱量，將其完全變成機械能來解決能源危機，但這種機器是不能制成的，關(guān)于其原因，下列說法正確的是()A.內(nèi)能不能轉(zhuǎn)化成機械能B.內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機械能不滿足熱力學(xué)第一定律C.只從單一熱源吸收熱量并完全轉(zhuǎn)化成機械能的機械不滿足熱力學(xué)第二定律D.機械能可全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能不可能全部轉(zhuǎn)化為機械能，同時不引起其他變化1.一切物理過程均遵循能量守恒定律，但遵循能量守恒定律的物理過程不一定均能實現(xiàn)。2.熱力學(xué)第二定律的兩種表述分別對應(yīng)著一種“不可能”，但都有一個前提條件“自發(fā)地”或“不產(chǎn)生其他影響”，如果去掉這種前提條件，就都是有可能的。例如電冰箱的作用就是使熱量從低溫物體傳到高溫物體，等溫膨脹就是從單一熱庫吸收熱量，使之完全用來做功，但都不是自發(fā)地或都產(chǎn)生了其他影響。二、熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律的比較1.熱力學(xué)兩定律的比較

熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第二定律區(qū)別是能量守恒定律在熱力學(xué)中的表現(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是關(guān)于在有限空間和時間內(nèi)，一切和熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程具有不可逆性的經(jīng)驗總結(jié)，從而否定了第二類永動機聯(lián)系兩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，二者既相互獨立，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

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(或只給予很少的能量啟動后，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(或只有一個熱庫，實現(xiàn)內(nèi)能向機械能的轉(zhuǎn)化)不可能制成的原因違背了能量守恒定律違背了熱力學(xué)第二定律例3(2020·全國卷Ⅱ)下列關(guān)于能量轉(zhuǎn)換過程的敘述，違背熱力學(xué)第一定律的有，不違背熱力學(xué)第一定律、但違背熱力學(xué)第二定律的有。(填正確答案標(biāo)號)

A.汽車通過燃燒汽油獲得動力并向空氣中散熱B.冷水倒入保溫杯后，冷水和杯子的溫度都變得更低C.某新型熱機工作時將從高溫?zé)嵩次盏臒崃咳哭D(zhuǎn)化為功，而不產(chǎn)生其他影響D.冰箱的制冷機工作時從箱內(nèi)低溫環(huán)境中提取熱量散發(fā)到溫度較高的室內(nèi)三、能源是有限的1.能源：具有的容易利用的儲能物質(zhì)。

2.能量耗散：使用的能源轉(zhuǎn)化成內(nèi)能分散在環(huán)境中不能自動聚集起來驅(qū)動機器做功，這樣的轉(zhuǎn)化過程叫作“能量耗散”。3.能源的使用過程中雖然能的總量保持守恒，但能量的品質(zhì)下降了，減少了。

如圖所示是兩幅宣傳節(jié)約能源的圖片。請問：既然能量是守恒的，我們?yōu)槭裁催€要節(jié)約能源？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________例4(多選)關(guān)于能量和能量耗散，下列說法正確的是()A.能量耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中自發(fā)過程的方向性B.能量耗散表明能源的利用是有條件的，也是有代價的C.大量消耗常規(guī)能源會使環(huán)境惡化，故提倡開發(fā)利用新能源D.能量之間可以相互轉(zhuǎn)化，故能源循環(huán)利用很方便答案精析一、不能，說明擴散有方向性。梳理與總結(jié)1.不可逆方向2.自發(fā)低高方向3.(1)①化學(xué)能內(nèi)能做功機械能②小于<(2)完全變成功4.等價5.方向性思考與討論1.不能。兩個溫度不同的物體相互接觸時，熱量會自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體，使高溫物體的溫度降低，低溫物體的溫度升高，這個過程是自發(fā)進行的，不需要任何外界的影響或者幫助。有時我們也能實現(xiàn)熱量從低溫物體傳給高溫物體，如電冰箱，但這不是自發(fā)地進行的，需要消耗電能。2.(1)不是，熱量從低溫?zé)釒靷鞯礁邷責(zé)釒鞎r需要有外界做功。(2)不能，熱機工作時只能將從高溫?zé)釒煳諢崃康囊徊糠钟脕碜龉?，剩余的部分釋放到低溫?zé)釒臁Ｒ族e辨析(1)×(2)×(3)×例1C［根據(jù)熱力學(xué)第二定律，熱量自發(fā)地全部轉(zhuǎn)化為機械能是不可能的，A錯誤；氣體膨脹具有方向性，不能自發(fā)逸出容器又自發(fā)跑進去，無法恢復(fù)原狀，B錯誤；根據(jù)熱力學(xué)第二定律，熱量不可能從低溫物體自發(fā)地傳遞給高溫物體，而不引起其他的變化，但通過一些手段是可以實現(xiàn)的，C正確；擴散現(xiàn)象有方向性，因此液體混合后不能自發(fā)地各自分開，D錯誤。］例2CD［內(nèi)能可以轉(zhuǎn)化成機械能，如熱機，故A錯誤；內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機械能的過程滿足熱力學(xué)第一定律，也可以說符合能量守恒定律，故B錯誤；根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，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，故C、D正確。］三、1.高品質(zhì)3.能源思考與討論能量是守恒的，但能量耗散卻導(dǎo)致能量品質(zhì)的降低，在利用它們的時候，高品質(zhì)的能量釋放出來并最終轉(zhuǎn)化為低品質(zhì)的能量。例3BC解析A項符合熱力學(xué)第一、第二定律。冷水和杯子溫度不可能都變低，只能是一個升高一個降低，或溫度都不變，B項描述違背了熱力學(xué)第一定律。C項描述雖然不違背熱力學(xué)第一定律，但違背了熱力學(xué)第二定律。D項中冰箱消耗電能從而可以從低溫環(huán)境中提取熱量散發(fā)到