高二物理选修3-3_10.4_热力学第二定律_LI

高中物理选修3-3

第十章《热力学定律》

热力学第一定律告诉我们：在一切热力学过程中能量必须守恒。

问题满足能量守恒的过程是否都能实现呢？

地球上有大量的海水,它的总质量约为 1.4×1018 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?海水的比 热容为C=4.2×103J/(kg· ℃ )。

思考与讨论： P57 一 .自然过程的方向 结论1. 热量自动地由高温物体向低温物体传递的过 程是不可逆的。 结论：无数事实告诉我们：凡是实际的过 结论2. 程，只要涉及热现象，如热传递、气体的 扩散现象进行是有方向的,过程是不可逆的。

膨胀、扩散、有摩擦的机械运动 都有 结论3. 特定方向。也就是说，一切与热现象有关 功可以自动转化为热，但热却不能自动转化 的宏观自然过程都是不可逆的。 为功。通过摩擦而使功转变为热的过程是不可逆的。 结论4. 气体膨胀(绝热自由膨胀)的过程是不可逆的。

二.热力学第二定律(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.与之相应的经验事实是，当两个不同温 度的物体相互接触时，热量将由高温物体向低 温物体传递，而不可能自发地由低温物体传到 高温物体。

克劳修斯表述指明热传导过程是不可逆的。

电冰箱工作过程

电冰箱的内部温 度比外部温度低，为 什么致冷系统还能不 断地把箱内热量传给 外界的空气？

大气

电冰箱制 冷系统

因为电冰箱消耗了电 能，对制冷系统做了功， 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.

贮藏的 食品

热传导的过程是有方向性的，这 个过程可以向一个方向自发地进 行，但是向相反的方向却不能自 发地进行。 要实现相反方向的过程，必须借 助外界的帮助，因而产生其它影 响或引起其它变化。 热量不可能从低温物体传到 高温物体而不产生其他影响。

机械能与内能转化的方向性的进一步讨论①热机：是一种把内能转化为机械能的装置。(汽油机、柴油机、 蒸汽轮机、喷气发动机等) ②原理：燃料燃烧产生热量 Q1(高温热源)——燃料中化学能 转化为工作物质的内能。 推动活塞对外做功 W——工作物质内能变成机械能 排出废气向外界(低温热源)放热 Q2 热机能流图漏气热损 散热热损 摩擦热损

燃料产生 的热量Q

输出机 械功W

机械能与内能转化的方向性的进一步讨论③热机工作时的能流分配

④效率：由能量守恒定律知道

Q1 = W +Q2

热机的效率

W Q1

高温热库 Q1 热机 Q2 低温热库 W 对外做功

热机的效率小于 100%,就不可能

把从高温热源吸 收的热量全部转 化为机械能，总 有一部分热量散 发到冷凝器或大 气中。

二.热力学第二定律(2)开尔文表述：不可能从单一热源吸取热量， 使之完全变成有用的功而不产生其他影响。 例如，利用热机循环，吸热可对外作出功来.但实 际热机的循环除了热变功外，还必定有一定的热量 从高温热源传给低温热源，即产生了其它效果 热全部变为功的过程也是有的，如，理想气体 等温膨胀。但在这一过程中除了气体从单一热源吸 热完全变为功外，还引起了其它变化，即过程结束 时，气体的体积增大了。

开尔文表述揭示机械能与内能转化方向 性——机械能可以全部转化为内能，而内能无 法全部用来做功以转换成机械能

定律的两种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 自发地从低温物体传到高温物体)。 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)

对热力学第二定律的理解 1.两种表述是等价的. 可以从一种表述导出另一种表述，两种表述都 称为热力学第二定律 2.对任何一类宏观过程进行方向的说明，都可 以作为热力学第二定律的表述。 3.热力学第二定律的意义 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.

第二类永动机 1.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。 2.第二类永动机不可能制成！表示机械能和内能的 热力学第二定律的另一种表述就 转化过程具有方向性.尽管机械能可以全部转化为 内能，内能却不能全部转化成机械能，同时不引起 是：第二类永动机不可能制成。 其他变化. 3.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自然过程 具有方向性的规律(热力学第二定律)。

小结 ：

热力学第二定律有常见的两种 表述，提示了有大量分子参与 的宏观过程(即与热现象有关的 宏观过程)的方向性，第二类永 动机不可能制成。

例1.下列说法正确的是 ( AC ) 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方向性 D.一切形式能量转化都不具有方向性