4　热力学第二定律.ppt

1、第四节 热力学第二定律,1、了解热传递过程的方向性。 2、知道热力学第二定律的两种不同的表述，以及这两种表述的物理实质。 3、知道什么是第二类永动机，为什么第二类永动机不可能制成。,问题提出： 我们在初中学过，当物体温度升高时，就 要吸收热量；当物体温度降低时，就要放 出热量。而且热量公式Q =cmt，这里有 一个有趣的问题：地球上有大量的海水,它 的总质量约为1.41018 t , 如果这些海水 的温度降低0.1oC,将要放出多少焦耳的热 量?已知海水的比热容为 C=4.2103J/(kg),放出5.81023J的 热量，这相当于,1800万个核电站一年的发电量,1、热量从温度高的物体自发地

2、传给温度低 的物体； “自发地”，指的是没有任何外界的影响 或帮助。 某种变化有自动发生的 趋势，一旦发生就无需 借助外力，可以自动进 行，这种变化称为自发 变化。,一、热力学第二定律的一种表述,自发变化的共同特征不可逆性，任何 自发变化的逆过程是不能自动进行的。 电冰箱内部的温度比外部低，为什么致 冷系统还能够不断地把冰箱内的热量传 给外界的空气？,贮藏的食品,大气,电冰箱 制冷系统,做功,这是因为电冰箱消耗 了电能，对致冷系统 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。,有没有可能发生这样 地现象，

3、热量自发地 从低温物体传给高温 物体，使低温物体的 温度越来越低，高温 物体的温度越来越高。,结论： 热量却不能自发地从低温物体传 向高温物体 要将热量从低温物体传向高温物体，必 须有外界的影响和帮助，就是要有外界对 其做功才能完成 热传导的方向性：两个温度不同的物体 相互接触时，热量会自发地从高温物体传 给低温物体；要实现相反过程，必须借助 外界的帮助，因而产生其他影响或引起其 他变化。,一、热力学第二定律的一种表述 1、内容：热量不能自发地从低温物体传 到高温物体。这是热力学第二定律的克劳 修斯表述。 （按照热传递的方向性来表述的） 2、热力学第二定律的克劳修斯表述实质 上就是：热传递过程

4、是不可逆的。,一个在水平地面上的物体，由 于克服摩擦力做功，最后要停 下来。在这个过程中，物体的 动能转化成为内能，使物体和 地面的温度升高。,？,降温,我们能不能看到这样的现象：一个放在水平地面上的物体，靠降低温度，可以把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来,二、热力学第二定律的另一种表述 思考下列问题： 1、前面我们学习了第一类永动机，不能 制成的原因是什么？ 违背了能量守恒 2、热机是一种把什么能转化成什么能的 装置？ 热机是一种把内能转化成机械能的装置) 3、热机的效率能否达到100%？ 不能,以内燃机为例，气缸中的气体得到燃烧时 产生的热量为Q1，推动活塞做工W，然后排 出废气，

5、同时把热量Q2 散发到大气中，由能量 守恒定律可知：Q1=W+Q2 我们把热机做的功W和它 从热源吸收的热量Q1的 比值叫做热机的效率， 用表示。,热机不能把得到的全部内能转化为机械能， 热机必须有热源和冷凝器，热机工作时， 总要向冷凝器散热，不可避免的要由工作 物质带走一部分热量Q2，所以有：Q1W 热机的效率不可能达到100%，汽车上的汽 油机械效率只有20%30%，蒸汽轮机的效 率比较高，也只能达到60%。 热转换为功的过程也是不可逆的，具有方 向性。,机械能和内能的转化过程具有方向性,机械能可以全部转化成内能，但内能却不能 全部转化成机械能，同时不引起其他变化。,1、内容：不可能从单一

6、热源吸收热量， 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)：,（机械能与内能转化具有方向性）,2、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 功而不引起其他变化的热机叫做第二 类永动机。 第二类永动机不可能制成,热力学第二定律的两种表述 克劳修斯表述： 不可能将热量从低温物体传到高温物体 而不引起其它变化（即热量不会自动地 从低温物体传到高温物体）。 开尔文表述： 不可能从单一热源吸取热量并使它完全 变为有用的功而不引起其它变化。 (第二类永动机是不可能制成的),两种表述是等价的 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

7、二定律。 热力学第二定律的意义 1）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。（自然界中进行的涉及热 现象的宏观过程都具有方向性） 2）对生活实践的指导作用,2、扩散现象有方向性,“气体向真空中绝热自由膨胀的过程是不可逆的”,3、能量转化有方向性,功 热：可自动进行 (如摩擦生热、焦耳实验),热 功：不可自动进行 (焦耳实验中，不可能水温自动降低推动叶片而使重物升高),热力学第二定律的实质在于揭示了： 一切与热现象有关的实际宏观过程都是不 可逆的。 违背热力学第一定律的过程都不可能发生。 不违背热力学第一定律的过程不一定都可 以发生。 自然过程是按一

8、定方向进行的。,第一类永动机和第二类永动机比较： 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。,热力学第一定律和热力学第二定律 热力学第一定律和热力学第二定律是构成 热力学知识的理论基础，前者对自然过程 没有任何限制，只指出在任何热力学过程 中能量不会有任何增加或损失，反映的是 物体内能的变化与热量、做功的定量关系； 后者则是解决哪些过程可以自发地发生， 哪些过程必须借助于外界条件才能进行。,例1根据热力学第二定律，下列判断正确 的是（ ） A、电流的能不可能全部变为内能 B、在火

9、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。,例2、文艺复兴时期意大利的达芬奇造了 一个永动机装置如图所示。他设计时认为， 右边的重球比左边的重球离轮心更远些， 在两边不均衡的作用下会使轮子沿箭头方向转动不息 ( ) A、这是第一类永动机 B、这是第二类永动机 C、它不可能成功，因为违 反能的转化及守恒定律 D、它不可能成功，因为违反热力学第二定律,例3、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

10、方向性 D、一切形式能量转化都不具有方向性,例4、下列说法中可行的是 ( ) 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 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 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 制造一种效率为100的热机 A、可行 B、可行 C、可行 D、都不可行,例5、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。,例6、关于第二类永动机，下列说法中正 确的是 ( ) A、它既不违反热力学第一定律，也不违 反热力学第二定律。 B、它既违反了热力学第一定律，也违反 了热力学第二定律。 C、它不违反热力学第一定律，只违反热 力学第二定律。 D、它只违反热力学第一定律，不违反热 力学第二定律。,例7、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