山東省2018_2019學(xué)年高中物理第十章熱力學(xué)定律第4節(jié)熱力學(xué)第二定律講義(含剖析)新人教版山東省2018_2019學(xué)年高中物理第十章熱力學(xué)定律第4節(jié)熱力學(xué)第二定律講義(含剖析)新人教版/山東省2018_2019學(xué)年高中物理第十章熱力學(xué)定律第4節(jié)熱力學(xué)第二定律講義(含剖析)新人教版第4節(jié)熱力學(xué)第二定律克勞修斯表述：熱量不能夠自覺地從低溫物體傳到高溫物體。2．開爾文表述：不能能從單一熱庫吸取熱量，使之完好變成功，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η＝Q，W<Q，熱機的效率不可能達到100%。4．第二類永動機不能能制成。一、自然過程的方向性1．熱傳導(dǎo)擁有方向性：兩個溫度不相同的物體相互接觸時，熱量會自覺地從高溫物體傳給低溫物體，而低溫物體不能能自覺地將熱量傳給高溫物體，要實現(xiàn)低溫物體向高溫物體傳達熱量，必定借助外界的幫助，所以產(chǎn)生其他影響或引起其他變化。2．氣體的擴散現(xiàn)象擁有方向性：兩種不相同的氣體能夠自覺地進入對方，最后成為均勻的混雜氣體，但這種均勻的混雜氣體，決不會自覺地分開而成為兩種不相同的氣體。3．機械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)變過程擁有方向性：物體在水平面上運動，因摩擦而逐漸停止下來，但絕不能能出現(xiàn)物體吸取原來傳達出去的熱量后，在地面上重新運動起來。4．氣體向真空膨脹擁有方向性：氣體可自覺地向真空容器膨脹，但絕不能能出現(xiàn)氣體自發(fā)地沉著器中流出，容器變成真空。5．所有與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是不能逆的。6．熱力學(xué)第二定律：反響宏觀自然過程的方向性的定律。二、熱力學(xué)第二定律的兩種表述1．克勞修斯表述熱量不能夠自覺地從低溫物體傳到高溫物體，這就是熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述，闡述的是熱傳達的方向性。2．開爾文表述不能能從單一熱庫吸取熱量，使之完好變成功，而不產(chǎn)生其他影響。(即機械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化擁有方向性)3．對熱力學(xué)第二定律的理解熱力學(xué)第二定律的兩種表述是等價的，也能夠表述為：氣體向真空的自由膨脹是不能逆的。4．第二類永動機定義：只從單一熱庫吸取熱量，使之完好變成功而不引起其他變化的熱機。第二類永動機不能能制成的原因：誠然第二類永動機不違反能量守恒定律，但大量的事實證明，在任何情況下，熱機都不能能只有一個熱庫，熱機要不斷地把吸取的熱量變成適用的功，就不能防備地將一部分熱量傳給低溫?zé)釒臁?．自主思慮——判一判溫度不相同的兩個物體接觸時，熱量會自覺地從低溫物體傳給高溫物體。(×)第二類永動機違反了熱力學(xué)第二定律。(√)熱機的效率能夠達到100%。(×)所有與熱現(xiàn)象有關(guān)的微觀自然過程都是不能逆的。(×)第二類永動機違反了能量守恒定律。(×)只要對內(nèi)燃機千錘百煉，就可以把內(nèi)燃機獲取的所有內(nèi)能轉(zhuǎn)變成機械能。(×)2．合作研究——議一議溫度不相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。溫度不相同的兩個物體接觸時，熱量會自覺地從高溫物體傳給低溫物體，要使熱量從低溫物體傳給高溫物體，必定借助其他幫助，如電冰箱的工作。兩個不相同的物體接觸時，熱量自覺地從高溫物體傳達給低溫物體。此處“自覺地”的含義是什么？提示：“自覺地”的含義是指沒有任何外界影響也許其他幫助。我們假想：發(fā)明一種熱機，并用來對物體做功，將內(nèi)能所有轉(zhuǎn)變成動能，而不引起其他變化，這可否可能？提示：熱機不能夠把它獲取的內(nèi)能所有轉(zhuǎn)變成機械能，因為熱機必定有熱源和冷凝器，熱機工作時，總要向冷凝器放熱，不能防備地要由工作物質(zhì)帶走一部分熱量Q，即即是理想熱機，沒有摩擦，沒有漏氣等能量損失，它也不能能把吸取的熱量百分之百地轉(zhuǎn)變成機械能，總要有一部分熱量發(fā)散到冷凝器中。對熱力學(xué)第二定律的理解1．在熱力學(xué)第二定律的表述中，“自覺地”、“不產(chǎn)生其他影響”、“單一熱庫”、“不可能”的涵義“自覺地”是指熱量從高溫物體“自覺地”傳給低溫物體的方向性。在傳達過程中不會對其他物體產(chǎn)生影響或借助其他物體供應(yīng)能量等?！安划a(chǎn)生其他影響”的涵義是發(fā)生的熱力學(xué)宏觀過程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學(xué)方面的影響。如吸熱、放熱、做功等?！皢我粺釒臁保褐笢囟染鶆蚨液愣ú蛔兊南到y(tǒng)。若一系統(tǒng)各部分溫度不相同也許溫度不牢固，則組成機器的工作物質(zhì)能夠在不相同溫度的兩部分之間工作，從而能夠?qū)ν庾龉?。?jù)報道，有些國家已在研究利用海水上下溫度不相同來發(fā)電。“不能能”：實質(zhì)上熱機或制冷機系統(tǒng)循環(huán)終了時，除了從單一熱庫吸取熱量對外做功，以及熱量從低溫?zé)釒靷鞯礁邷責(zé)釒煲酝?，過程所產(chǎn)生的其他所有影響，無論用任何的方法都不能能加以除掉。2．熱力學(xué)第二定律的實質(zhì)熱力學(xué)第二定律的每一種表述，都揭穿了大量分子參加宏觀過程的方向性，令人們認識到自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都擁有方向性。3．熱力學(xué)過程方向性實例(1)高溫物體熱量Q能自覺傳給低溫物體熱量Q不能夠自覺傳給(2)功能自覺地完好轉(zhuǎn)變成熱不能夠自覺地且不能夠完好轉(zhuǎn)變成(3)氣體體積V1能自覺膨脹到氣體體積V2(較大)不能夠自覺縮短到(4)不相同氣體A和B能自覺混雜成混雜氣體AB不能夠自覺分別成4．熱力學(xué)第二定律的其他描述所有宏觀自然過程的進行都擁有方向性。氣體向真空的自由膨脹是不能逆的。第二類永動機是不能能制成的。1．以下說法正確的選項是( )A．機械能所有變成內(nèi)能是不能能的B．第二類永動機不能能制造成功的原因是因為能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，只能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，或從一種形式轉(zhuǎn)變成另一種形式C．依照熱力學(xué)第二定律可知，熱量不能能從低溫物體傳到高溫物體D．從單一熱源吸取的熱量所有變成功是可能的剖析：選D機械能能夠所有轉(zhuǎn)變成內(nèi)能，故A項錯誤；第二類永動機不能能制造成功是因為它違反了熱力學(xué)第二定律，故B項錯誤；熱量不能夠自覺地從低溫物體傳到高溫物體，但若是不是自覺地，是能夠進行的，故C項錯誤；從單一熱源吸取熱量所實用來做功而不引起其他變化，是不能能的，但若是是從單一熱源吸取熱量所有變成功的同時也引起了其他的變化，是可能的，故D項正確。2．[多項選擇]關(guān)于熱力學(xué)定律，以下說法正確的選項是( )A．為了增加物體的內(nèi)能，必定對物體做功或向它傳達熱量B．對某物體做功，必然會使該物體的內(nèi)能增加C．能夠從單一熱源吸取熱量，使之完好變成功D．不能能使熱量從低溫物體傳向高溫物體E．功轉(zhuǎn)變成熱的實質(zhì)宏觀過程是不能逆過程剖析：選ACE改變內(nèi)能的方法有做功和熱傳達兩種，所以為了增加物體的內(nèi)能，必定對物體做功或向它傳達熱量，A項正確；對物體做功的同時物體向外界放熱，則物體的內(nèi)能可能不變或減小，B項錯誤；依照熱力學(xué)第二定律可知，在對外界有影響的前提下，能夠從單一熱源吸取熱量，使之完好變成功，C項正確；在有外界做功的條件下，能夠使熱量從低溫物體傳遞到高溫物體，D項錯誤；依照熱力學(xué)第二定律可知，E項正確。熱力學(xué)第二定律與熱力學(xué)第必然律比較1．熱力學(xué)第必然律與熱力學(xué)第二定律的差異與聯(lián)系熱力學(xué)第必然律揭穿了做功和傳熱對改變物體內(nèi)能的規(guī)律關(guān)系U＝W＋Q，指明內(nèi)能不僅能夠轉(zhuǎn)移，而且還能夠跟其他形式的能相互轉(zhuǎn)變。熱力學(xué)第必然律是能量區(qū)守恒定律在熱學(xué)中的一種表述形式，是從能的角度揭穿不相同物質(zhì)運動形式相互轉(zhuǎn)化的可能性別熱力學(xué)第二定律揭穿了大量分子參加的宏觀過程的方向性。如機械能能夠所有轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能卻不能能所有轉(zhuǎn)變成機械能而不引起其他變化，進一步揭穿了各種能量轉(zhuǎn)變過程及物質(zhì)運動形式的轉(zhuǎn)變過程都擁有方向性熱力學(xué)第必然律是和熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過程中能量守恒的特別表達形式，說明功聯(lián)及熱量與內(nèi)能改變的定量關(guān)系，而熱力學(xué)第二定律指出了能量轉(zhuǎn)變與守恒可否實系現(xiàn)的條件和過程進行的方向，指出了所有變化過程的自然發(fā)展方向不能逆，除非靠外界影響，所以二者相互獨立，又相互補充2．兩類永動機的比較第一類永動機第二類永動機不用耗任何能量，能夠不斷做功(或只將內(nèi)能所有轉(zhuǎn)變成機械能，而不引起其他設(shè)計要求恩賜很小的能量啟動后，能夠永遠運動變化(或只有一個熱源，實現(xiàn)內(nèi)能與機械能下去)的轉(zhuǎn)變)不能能的違反了能量守恒定律違反了熱力學(xué)第二定律原因1．[多項選擇](2016·全國卷Ⅰ)關(guān)于熱力學(xué)定律，以下說法正確的選項是( )A．氣體吸熱后溫度必然高升B．對氣體做功能夠改變其內(nèi)能C．理想氣體等壓膨脹過程必然放熱D．熱量不能能自覺地從低溫物體傳到高溫物體E．若是兩個系統(tǒng)分別與狀態(tài)確定的第三個系統(tǒng)達到熱平衡，那么這兩個系統(tǒng)相互之間也必然達到熱平衡剖析：選BDE依照熱力學(xué)定律，氣體吸熱后若是對外做功，則溫度不用然高升，說法A錯誤。改變物體內(nèi)能的方式有做功和傳熱，對氣體做功能夠改變其內(nèi)能，說法B正確。理想pVC錯誤。依照熱力學(xué)第氣體等壓膨脹對外做功，依照T＝恒量知，膨脹過程必然吸熱，說法二定律，熱量不能能自覺地從低溫物體傳到高溫物體，說法D正確。兩個系統(tǒng)達到熱平衡時，溫度相等，若是這兩個系統(tǒng)分別與狀態(tài)確定的第三個系統(tǒng)達到熱平衡，那么這兩個系統(tǒng)相互之間也必然達到熱平衡，說法E正確。2．關(guān)于兩類永動機和熱力學(xué)兩大定律，以下說法正確的選項是( )A．第二類永動機不能能制成是因為違反了熱力學(xué)第必然律B．第一類永動機不能能制成是因為違反了熱力學(xué)第二定律C．由熱力學(xué)第必然律可知做功不用然改變內(nèi)能，熱傳達也不用然改變內(nèi)能，但同時做功和熱傳達必然會改變內(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，從單一熱庫吸取熱量，完好變成功也是可能的剖析：選

D

第一類永動機違反熱力學(xué)第必然律，第二類永動機違反熱力學(xué)第二定律，

A、B錯；由熱力學(xué)第必然律可知

W≠0，Q≠0，但

U＝W＋Q能夠等于

0，C錯；由熱力學(xué)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能能的，

D對。3．[多項選擇]依照熱力學(xué)第二定律，可知以下說法中正確的選項是( )A．熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體，但不能夠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．機械能能夠所有轉(zhuǎn)變成熱能，但熱能不能能所有轉(zhuǎn)變成機械能D．機械能能夠所有轉(zhuǎn)變成熱能，熱能也可能所有轉(zhuǎn)變成機械能剖析：選BD由熱力學(xué)第二定律克勞修斯表述知，熱量能夠自覺地從高溫物體傳給低溫物體，當(dāng)外界對系統(tǒng)做功時，也能夠使系統(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，B正確。機械能能夠所有轉(zhuǎn)變成內(nèi)能，如在水平川面上運動的物體，戰(zhàn)勝摩擦阻力做功，最后靜止，這個過程中機械能所有轉(zhuǎn)變成內(nèi)能，當(dāng)外界條件發(fā)生變化時，內(nèi)能也能夠所有轉(zhuǎn)變成機械能，如在等溫膨脹過程中，系統(tǒng)吸取的熱量所有轉(zhuǎn)變成對外界做的功，故C錯誤，D正確。1．[多項選擇]關(guān)于熱力學(xué)第二定律，以下說法正確的選項是

(

)A．熱量能夠自覺地從高溫物體傳到低溫物體B．不能能使熱量從低溫物體傳向高溫物體C．從單一熱庫吸取熱量，能夠使之完好變成功D．氣體向真空自由膨脹的過程是不能逆過程E．功轉(zhuǎn)變成熱的實質(zhì)宏觀過程是可逆過程剖析：選

ACD

依照熱力學(xué)第二定律知，熱量能夠自覺地從高溫物體傳到低溫物體，故

A正確。在外界的影響下，能使熱量從低溫物體傳向高溫物體，如空調(diào)，故

B錯誤。依照熱力學(xué)第二定律：不能能從單一熱庫吸取熱量，使之完好變成適用功，而不產(chǎn)生其他影響，可知在外界的作用下，從單一熱庫吸取熱量，能夠使之完好變成功，故

C正確。所有涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都有方向性，則知氣體向真空自由膨脹的過程是不能逆過程，故

D正確。功轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬膶嵸|(zhì)宏觀過程是不能逆過程，故

E錯誤。2．[多項選擇]依照熱力學(xué)第二定律，以下判斷正確的有( )A．熱機中燃氣的內(nèi)能不能能所有變成機械能B．電流的能不能能所有變成內(nèi)能C．在火力發(fā)電機中，燃氣的內(nèi)能不能能所有變成電能D．在熱傳導(dǎo)中，熱量不能能自覺地從低溫物體傳達給高溫物體剖析：選ACD凡是與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀熱現(xiàn)象都擁有方向性。無論采用任何設(shè)備和手段進行能量轉(zhuǎn)變，總是依照“機械能可所有轉(zhuǎn)變成內(nèi)能，而內(nèi)能不能夠所有轉(zhuǎn)變成機械能”，故A正確。由電流熱效應(yīng)中的焦耳定律可知，電流的能能夠所有轉(zhuǎn)變成內(nèi)能，故B錯誤。火力發(fā)電機發(fā)電時，能量轉(zhuǎn)變的過程為內(nèi)能→機械能→電能，因為內(nèi)能→機械能的轉(zhuǎn)變過程中會對外放出熱量，故燃氣的內(nèi)能必然不能夠所有變成電能，C正確。熱量從低溫物體傳達到高溫物體不能夠自覺進行，必定借助外界的幫助，結(jié)果會帶來其他影響，這正是熱力學(xué)第二定律第一種表述的主要思想，故D正確。以下列圖，汽缸內(nèi)盛有必然量的理想氣體，汽缸壁是導(dǎo)熱的，汽缸外環(huán)境保持恒溫，活塞與汽缸壁的接觸面是圓滑的，但不漏氣。現(xiàn)將活塞與桿連接，使其緩慢地向右搬動，這樣氣體將等溫膨脹并對外做功。若已知理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，則以下說法正確的選項是( )A．氣體是從單一熱庫吸熱，所實用來對外做功，所以此過程違反了熱力學(xué)第二定律B．氣體是從單一熱庫吸熱，但并未所實用來對外做功，所以此過程不違反熱力學(xué)第二定律C．氣體是從單一熱庫吸熱，所實用來對外做功，但此過程不違反熱力學(xué)第二定律D．以上三種說法都不對剖析：選C此過程誠然是氣體從單一熱庫吸熱，所實用來對外做功，但引起了其他變化，所以此過程不違反熱力學(xué)第二定律。4．我們絕不會看到：一個放在水平川面上的物體，靠降低溫度，能夠把內(nèi)能自覺地轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?，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(nèi)能不能能轉(zhuǎn)變成機械能，只有機械能才能轉(zhuǎn)變成內(nèi)能C．機械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)變過程擁有方向性，內(nèi)能轉(zhuǎn)變成機械能是有條件的D．以上說法均不正確剖析：選

C

機械能和內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)變，必定經(jīng)過做功來實現(xiàn)，故

C對。5．以下過程中，可能發(fā)生的是

(

)A．某工作物質(zhì)從高溫?zé)嵩次?/p>

20kJ

的熱量，所有轉(zhuǎn)變成機械能，而沒有產(chǎn)生其他任何影響B(tài)．打開一高壓密閉容器，其內(nèi)氣體自覺溢出后又自覺跑進去，恢復(fù)原狀C．利用其他手段，使低溫物體溫度更低，高溫物體的溫度更高D．將兩瓶不相同液體自覺混雜，爾后又自覺地各自分開剖析：選C依照熱力學(xué)第二定律，熱量不能能從低溫物體自覺地傳給高溫物體，而不引起其他的變化，但經(jīng)過一些物理過程是能夠?qū)崿F(xiàn)的，故

C項對；內(nèi)能自覺地所有轉(zhuǎn)變成機械能是不能能的，故

A項錯；氣體膨脹擁有方向性，

故B項錯；擴散現(xiàn)象也有方向性，

D項也錯。6.[多項選擇]以下列圖，為電冰箱的工作原理表示圖。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)器中制冷劑汽化吸取箱體內(nèi)的熱量，經(jīng)過冷凝器時制冷劑液化，放出熱量到箱體外。以下說法正確的選項是( )A．熱量能