第4節(jié)

熱力學(xué)第二定律第三章熱力學(xué)定律一滴紅色顏料滴進(jìn)一杯清水中擴(kuò)散，整杯水將均勻地變紅。從系統(tǒng)的角度來(lái)看，擴(kuò)散之前是一種狀態(tài)，擴(kuò)散后是另一種狀態(tài)。那么，水中擴(kuò)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？1.通過(guò)對(duì)自然界中與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀(guān)過(guò)程方向性的實(shí)例分析，了解歸納熱力學(xué)第二定律的過(guò)程和方法。2.能用熱力學(xué)第二定律解釋常見(jiàn)的不可逆過(guò)程，即自然界中的能量轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)移以及方向性問(wèn)題。3.了解能量與能源的區(qū)別以及能源的有限性。知識(shí)點(diǎn)一：熱力學(xué)第二定律根據(jù)能量守恒定律，在自然界發(fā)生的一切過(guò)程中能量都是守恒的。那么符合能量守恒的宏觀(guān)過(guò)程是否都能發(fā)生呢？把剛煮好的熱雞蛋放在冷水杯中，過(guò)一會(huì)兒，雞蛋的溫度降低，水的溫度升高，最后水和雞蛋的溫度相同。是否可能發(fā)生這樣的現(xiàn)象：原來(lái)溫度相同的水和雞蛋，過(guò)一會(huì)兒水的溫度自發(fā)的降低而雞蛋的溫度上升，生蛋變成了熟蛋？在平地上滑動(dòng)的木塊克服摩擦力做功，其動(dòng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，最終停了下來(lái)，同時(shí)木塊，地面及周?chē)諝獾臏囟嚷杂猩仙?huì)不會(huì)有這樣的現(xiàn)象：靜止的木塊和地面周?chē)目諝庾园l(fā)的降低溫度釋放內(nèi)能，并將釋放的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，讓木塊又滑動(dòng)起來(lái)？均勻混合的空氣與溴氣過(guò)一段時(shí)間會(huì)不會(huì)自發(fā)地變的界線(xiàn)分明？氣體擴(kuò)散具有方向性1.一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的自然過(guò)程都是有方向性的。2.熱力學(xué)第二定律：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。3.熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述：（傳熱的方向性）熱量能從低溫物體傳到高溫物體，但不是自發(fā)的。在物理學(xué)中，反映宏觀(guān)自然過(guò)程的方向性的定律。電冰箱制冷系統(tǒng)貯藏的食品大氣熱量熱量電源做功4.熱力學(xué)第二定律的開(kāi)爾文表述：不可能從單一熱庫(kù)吸收，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響。（1）不僅要從一個(gè)熱庫(kù)吸熱，而且一定會(huì)向另一個(gè)熱庫(kù)放熱。（2）機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，但這個(gè)過(guò)程是不可逆的。說(shuō)明：第一個(gè)階段是燃燒燃料，把燃料中的化學(xué)能變成工作物質(zhì)的內(nèi)能；第二個(gè)階段是工作物質(zhì)對(duì)外做功，把自己的內(nèi)能變成機(jī)械能。

熱機(jī)5.熱力學(xué)第二定律兩種表述的比較開(kāi)爾文表述實(shí)質(zhì)說(shuō)明功變熱過(guò)程的不可逆性，克勞修斯表述則說(shuō)明熱傳導(dǎo)過(guò)程的不可逆性，兩種表述是等價(jià)的，可用反證法證明。違背開(kāi)爾文表述一定違背克勞修斯表述

如果開(kāi)爾文表述不成立，可制成一個(gè)單熱源熱機(jī)，將它同另一個(gè)制冷機(jī)組成復(fù)合機(jī)，如圖所示，其總效果相當(dāng)于一個(gè)無(wú)功致冷機(jī)，于是克勞修斯表述也就不成立。6.熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)熱力學(xué)第二定律的每一種表述，都揭示了大量分子參與宏觀(guān)過(guò)程的方向性，使人們認(rèn)識(shí)到自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀(guān)過(guò)程都具有方向性。7.與熱力學(xué)第一定律的關(guān)系熱力學(xué)第一定律是和熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過(guò)程中能量守恒的特殊表達(dá)形式，說(shuō)明功及熱量與內(nèi)能改變的定量關(guān)系，而第二定律指出了能量轉(zhuǎn)化與守恒能否實(shí)現(xiàn)的條件和過(guò)程進(jìn)行的方向，指出了一切變化過(guò)程的自然發(fā)展方向不可逆，除非靠外界影響。所以二者相互獨(dú)立，又相互補(bǔ)充。1.根據(jù)熱力學(xué)第二定律，下列判斷不正確的是（）A.電流的能不可能全部變?yōu)閮?nèi)能B.在火力發(fā)電機(jī)中，燃?xì)獾膬?nèi)能不可能全部變?yōu)殡娔蹸.熱機(jī)中，燃?xì)鈨?nèi)能不可能全部變?yōu)闄C(jī)械能D.在熱傳導(dǎo)中，熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫度物體練一練A2.下列說(shuō)法中正確的是（）A.熱量能自發(fā)地由高溫物體傳到低溫物體B.熱量能自發(fā)地由低溫物體傳到高溫物體C.熱量一定不可能由低溫物體傳到高溫物體D.空調(diào)機(jī)既能制熱又能制冷，說(shuō)明熱傳遞不存在方向性A3.關(guān)于熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律，下列論述正確的是（）A.熱力學(xué)第一定律指出內(nèi)能可以與其他形式的能相互轉(zhuǎn)化，而熱力學(xué)第二定律則指出內(nèi)能不可能完全轉(zhuǎn)化為其他形式的能，故這兩條定律是相互矛盾的B.內(nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為其他形式的能，只是會(huì)產(chǎn)生其他影響，故兩條定律并不矛盾C.兩條定律都是有關(guān)能量的轉(zhuǎn)化規(guī)律，它們不但不矛盾，而且沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別D.其實(shí)，能量守恒定律已經(jīng)包含了熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律B知識(shí)點(diǎn)二：能源是有限的3.能源的使用過(guò)程中雖然能量的總量保持守恒，但能量的品質(zhì)下降了。雖然能量總量不會(huì)減少，但能源會(huì)逐步減少，因此能源是有限的資源。機(jī)械能、電能、光能、聲能、化學(xué)能、核能、生物能……最終都轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，流散到周?chē)h(huán)境中，無(wú)法重新自動(dòng)聚集起來(lái)加以利用的現(xiàn)象。1.能量耗散：2.能源：是指具有高品質(zhì)的容易利用的儲(chǔ)能物質(zhì)。拓展學(xué)習(xí)熵及熵增加原理1.熵：熵可用來(lái)表達(dá)一個(gè)系統(tǒng)的無(wú)序程度,系統(tǒng)從有序向無(wú)序的發(fā)展過(guò)程中熵在增加。2.熵增加原理