1、第 4 節(jié)熱力學第二定律1. 克勞修斯表述：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到 高溫物體。2 .開爾文表述：不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響。3 .熱機的效率：熱機輸出的機械功W與燃料產(chǎn)生W的熱量Q的比值，即n=Q, WQ,熱機的效率L_.不可能達到100%課前自主學習基穩(wěn)才能樓高1熱傳導具有方向性：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,而低溫物體不可能自發(fā)地將熱量傳給高溫物體，要實現(xiàn)低溫物體向高溫物體傳遞熱量，必須借助外界的幫助，因而產(chǎn)生其他影響或引起其他變化。2.氣體的擴散現(xiàn)象具有方向性：兩種不同的氣體可以自發(fā)地進入對方，最后成為均勻的混合氣

2、體，但這種均勻的混合氣體，決不會自發(fā)地分開而成為兩種不同的氣體。3機械能和內能的轉化過程具有方向性：物體在水平面上運動，因摩擦而逐漸停止下來，但絕不可能出現(xiàn)物體吸收原來傳遞出去的熱量后丄地面上重新運動起來。貝 4氣體向真空膨脹具有方向性：氣體可自發(fā)地向真空容器膨脹，但絕不可能出現(xiàn)氣體 自發(fā)地從容器中流出，容器變?yōu)檎婵铡?.一切與熱現(xiàn)象有關的宏觀自然過程都是不可逆的。6熱力學第二定律：反映宏觀自然過程的方向性的定律。二、熱力學第二定律的兩種表述1.克勞修斯表述熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體,這就是熱力學第二定律的克勞修斯表述，闡述的是熱傳遞的方向性。2.開爾文表述、自然過程的方向性2不可能

3、從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響。轉化具有方向性)3對熱力學第二定律的理解熱力學第二定律的兩種表述是等價的，也可以表述為：氣體向真空的自由膨脹是不可逆的。4 第二類永動機(1)定義：只從單一熱庫吸收熱量，使之完全變?yōu)楣Χ灰鹌渌兓臒釞C。(2)第二類永動機不可能制成的原因：雖然第二類永動機不違反能量守恒定律，但大量第二類永動機違反了能量守恒定律。(X)只要對內燃機不斷改進，就可以把內燃機得到的全部內能轉化為機械能。2 合作探究一一議一議r*(1)溫度不同的兩個物體接觸時，熱量會從低溫物體傳給高溫物體嗎?提示：會。溫度不同的兩個物體接觸時，熱量會自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物

4、體，要使勿體，必須借助其他幫助，如電冰箱的工作。(2)兩個不同的物體接觸時，熱量自發(fā)地從高溫物體傳遞給低溫物體。此處“自發(fā)地”的含義是什么？提示：“自發(fā)地”的含義是指沒有任何外界影響或者其他幫助。我們假想：發(fā)明一種熱機，并用來對物體做功，將內能全部轉化為動能，而不引起 其他變化，這是否可能？提示：熱機不能把它得到的內能全部轉化為機械能，因為熱機必須有熱源和冷凝器， 熱機工作時，總要向冷凝器放熱，不可避免地要由工作物質帶走一部分熱量Q,即使是理想熱機，沒有摩擦，沒有漏氣等能量損失，它也不可能把吸收的熱量百分之百地轉化為機械能，總要有一部分熱量散發(fā)到冷凝器中。(即機械能與內能的事實證明，在任何情況

5、下，熱機都不可能只有一個熱庫,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低溫熱庫。1 自主思考一一判一判(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。第二類永動機違反了熱力學第二定律。(V)熱機的效率可以達到 100% (X)(X)一切與熱現(xiàn)象有關的微觀自然過程都是不可逆的。(X)(X)高溫物3對熱力學第二定律的理解0通知識1 在熱力學第二定律的表述中，“自發(fā)地”、“不產(chǎn)生其他影響”、“單一熱庫”、 “不可能”的涵義(1) “自發(fā)地”是指熱量從高溫物體“自發(fā)地”傳給低溫物體的方向性。在傳遞過程中 不會對其他物體產(chǎn)生影響或借助其他物體提供能量等。(2

6、) “不產(chǎn)生其他影響”的涵義是發(fā)生的熱力學宏觀過程只在本系統(tǒng)內完成，對周圍環(huán) 境不產(chǎn)生熱力學方面的影響。如吸熱、放熱、做功等。(3) “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，則構成機器的工作物質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。(4) “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，不論用任何的辦法都不可能加以消除。2 熱力學第二定律的實質熱力學第二定律的每一種表述，都揭示了大量分子參與宏觀過

7、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。3 熱力學第二定律的其他描述(1) 一切宏觀自然過程的進行都具有方向性。(2) 氣體向真空的自由膨脹是不可逆的。(3) 第二類永動機是不可能制成的。0通題組1.(多選)熱力學第二定律指出()A.氣體的擴散過程具有方向性B.切形式的能量間的相互轉化都具有方向性C. 熱機效率n wiD. 大量分子參與的宏觀過程具有方向性解析：選 AD 由熱力學第二定律知，氣體的擴散現(xiàn)象具有方向性，并不是一切形式的 能量間的相互轉化都具有方向性，如動能和勢能的相互轉化，故A 正確，B 錯誤；熱機效率只能小于 1,不可能等于 1，故 C 錯誤；一

8、切與熱現(xiàn)象有關的宏觀過程都具有方向性，故D正確。課堂譏練設計*卒一能迪婁題42.(多選)關于熱力學定律，下列說法正確的是()A. 為了增加物體的內能，必須對物體做功或向它傳遞熱量B. 對某物體做功，必定會使該物體的內能增加C. 可以從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)楣. 不可能使熱量從低溫物體傳向高溫物體E. 功轉變?yōu)闊岬膶嶋H宏觀過程是不可逆過程解析：選 ACE 改變內能的方法有做功和熱傳遞兩種，所以為了增加物體的內能，必須對物體做功或向它傳遞熱量，A 項正確；對物體做功的同時物體向外界放熱，則物體的內能可能不變或減小，B 項錯誤；根據(jù)熱力學第二定律可知，在對外界有影響的前提下，可以從-單一熱

9、源吸收熱量，使之完全變?yōu)楣Γ珻 項正確；在有外界做功的條件下，可以使熱量從低溫物體傳遞到高溫物體，D 項錯誤；根據(jù)熱力學第二定律可知，E 項正確。熱力學第二定律與熱力學第一定律比較通知識1兩個定律比較：熱力學第一定律是能量守恒定律在熱力學中的具體表現(xiàn)形式，在轉化的過程中，總的能量保持不變。 熱力學第二定律是指在有限的時間和空間內，一切和熱現(xiàn)象有關的宏觀自然過程具有不可逆性。2.兩類永動機的比較第一類永動機第二類永動機設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）條石JTF 1將內能全部轉化為機械能，而不引起其 他變化（或只有一個熱源，實現(xiàn)內能與機 械能的轉

10、化）不可能的原因叫違背了能量守恒定律vUV違背了熱力學第二定律通題組1.（多選）下列說法中正確的是（ ）A. 第一類永動機不可能制成是因為它違反了能量守恒定律B. 第二類永動機不可能制成是因為它違反了能量守恒定律C. 熱力學第一定律和熱力學第二定律是相互獨立的D. 熱力學第二定律的兩種表述是等價的解析：選 ACD 第一類永動機是想“創(chuàng)生”能量，違反了能量守恒定律，第二類永動機是想使熱機效率n= 1,違反了熱力學第二定律（沒有違反能量守恒定律）,A 正確，B 錯誤；5熱力學第一定律是能量守恒定律在內能與其他形式能轉換時的具體表達，熱力學第二定律指6出了自然界中與熱現(xiàn)象有關的宏觀過程都具有方向性。

11、它們分別從不同側面揭示了熱現(xiàn)象的本質，是相互獨立的，熱力學第二定律的兩種表述是等價的，C、D 正確。2.關于兩類永動機和熱力學兩大定律，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第二定律C. 由熱力學第一定律可知做功不一定改變內能，熱傳遞也不一定改變內能，但同時做功和熱傳遞一定會改變內能D. 由熱力學第二定律可知熱量從低溫物體傳向高溫物體是可能的，從單一熱庫吸收熱量，完全變成功也是可能的解析：選 D 第一類永動機違反熱力學第一定律，第二類永動機違反熱力學第二定律，A B 錯；由熱力學第一定律可知W0, 2 0,但U=

12、W Q可以等于 0, C 錯；由熱力學第 二定律可知 D中現(xiàn)象是可能的，但不引起其他變化是不可能的，D 對。3.（多選）根據(jù)熱力學第二定律，可知下列說法中正確的有（）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，也可能從低溫物體傳到高溫物體C. 機械能可以全部轉化為熱能，但熱能不可能全部轉化為機械能D. 機械能可以全部轉化為熱能，熱能也可能全部轉化為機械能解析：選 BD 由熱力學第二定律克勞修斯表述知，熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體，當外界對系統(tǒng)做功時， 也可以使系統(tǒng)從低溫物體吸取熱量傳到高溫物體，冰箱就是這樣的裝置，故 A 錯誤

13、，B 正確。機械能可以全部轉化為內能，如在水平地面上運動的物體，克服摩擦阻力做功，最終靜止，這個過程中機械能全部轉化為內能，當外界條件發(fā)生變化時，內能也可以全部轉化為機械能，如在等溫膨脹過程中， 系統(tǒng)吸收的熱量全部轉化為對外界做的功，故 C 錯誤，D 正確。一、基礎題窗熟1 .熱力學定律表明自然界中進行的熱現(xiàn)象的宏觀過程（）課后規(guī)級訓練步步提升滝力7A. 有的只遵守熱力學第一定律B. 有的只遵守熱力學第二定律C. 有的既不遵守熱力學第一定律，也不遵守熱力學第二定律D. 所有的都遵守熱力學第一、第二定律解析：選 D 熱力學第一、第二定律是熱力學的基本定律，對所有涉及熱現(xiàn)象的宏觀過 程都成立。故選

14、項 D 正確，A、B C 錯誤。2.（多選）根據(jù)熱力學第二定律，下列判斷正確的有（）A. 熱機中燃氣的內能不可能全部變成機械能B. 電流的能不可能全部變成內能C. 在火力發(fā)電機中，燃氣的內能不可能全部變成電能D. 在熱傳導中，熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫物體解析：選 ACD 凡是與熱現(xiàn)象有關的宏觀熱現(xiàn)象都具有方向性。無論采用任何設備和手段進行能量轉化，總是遵循“機械能可全部轉化為內能，而內能不能全部轉化為機械能”，故 A 正確。由電流熱效應中的焦耳定律可知，電流的能可以全部轉化為內能，故B 錯誤?；鹆Πl(fā)電機發(fā)電時，能量轉化的過程為內能T機械能T電能，因為內能T機械能的轉化過程中會對外放

15、出熱量，故燃氣的內能必然不能全部變?yōu)殡娔?，C 正確。熱量從低溫物體傳遞到高溫物體不能自發(fā)進行，必須借助外界的幫助， 結果會帶來其他影響， 這正是熱力學第二定律第一種表述的主要思想，故 D 正確。3下列宏觀過程不能用熱力學第二定律解釋的是（）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，不會由內能自發(fā)地轉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：選 A 熱力學第二定律反

16、映的是與熱現(xiàn)象有關的宏觀過程的方向性的規(guī)律，A 不屬于熱現(xiàn)象；由熱力學第二定律可以解釋B、C、D 選項。4. 我們絕不會看到：一個放在水平地面上的物體，靠降低溫度，可以把內能自發(fā)地轉化為動能，使這個物體運動起來，其原因是（）A. 違反了能量守恒定律B. 在任何條件下內能不可能轉化成機械能，只有機械能才能轉化成內能機械能和內能的轉化過程具有方向性，內能轉化成機械能是有條件的8D.以上說法均不正確解析：選 C 機械能和內能的相互轉化，必須通過做功來實現(xiàn)，故C 對。5.下列關于熱現(xiàn)象的描述正確的一項是（）A.根據(jù)熱力學定律，熱機的效率可以達到 100%B. 做功和熱傳遞都是通過能量轉化的方式改變系統(tǒng)

17、內能的C. 溫度是描述熱運動的物理量，一個系統(tǒng)與另一個系統(tǒng)達到熱平衡時兩系統(tǒng)溫度相同D. 物體由大量分子組成，其單個分子的運動是無規(guī)則的，大量分子的運動也是無規(guī)律解析：選 C 根據(jù)熱力學第二定律可知，熱機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，因此，熱機的效率不可能達到100 %選項 A 錯誤；做功是通過能量轉化改變系統(tǒng)的內能，熱傳遞是通過能量的轉移改變系統(tǒng)的內能，選項 B 錯誤；溫度是表示熱運動的物理量，熱傳遞過程中達到熱平衡時，溫度相同，選項 C 正確；單個分子的運動是無規(guī)則的，大量分子的運動表現(xiàn)出統(tǒng)計規(guī)律，選項D 錯誤。6.（多選）如圖 1 所示，為電冰箱的工作原理示意圖

18、。壓縮機工作時，強迫制冷劑在冰 箱內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（）圖 1A. 熱量可以自發(fā)地從冰箱內傳到冰箱外B. 電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內的熱量傳到外界，是因為其消耗了電能C. 電冰箱的工作原理不違背熱力學第一定律D. 電冰箱的工作原理違背熱力學第一定律解析：選 BC 熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，要想使熱量從低溫物體傳到 高溫物體必須借助于其他系統(tǒng)做功，A 錯誤，B 正確。熱力學第一定律適用于所有的熱學過程，C 正確，D 錯誤。二、能力題窗通7用兩種不同的金屬絲組成一個回路，接觸點 1 插在熱水中，接觸點 2 插在冷水中, 如圖 2 所示，電流計指針會發(fā)生偏轉， 這就是溫差發(fā)電現(xiàn)象。 這一實驗是否違反熱力學第二 定律？熱水和冷水的溫度是否會發(fā)生變化？簡述這一過程中能的轉化情況。銅建9:w 加 /Krrrrrrrr-/VJ解析：溫差發(fā)電現(xiàn)象中產(chǎn)生了電能是因為熱水中的內能減少，一部分轉化為電能， 一部分傳遞給冷水，不違反熱力學第二定律。答案：不違反 熱水溫度