高中物理選擇性必修第三冊(cè)

第三章：熱力學(xué)定律

第4節(jié): 熱力學(xué)第二定律第4節(jié)：熱力學(xué)第二定律

溫故知新——復(fù)習(xí)能量守恒定律，知道熱現(xiàn)象的方向性

能量守恒定律告訴我們，在自然界發(fā)生的一切過(guò)程中能量都是守恒的，一個(gè)導(dǎo)致能量創(chuàng)生或能量消失的過(guò)程是不可能出現(xiàn)的。符合能量守恒定律的宏觀過(guò)程都能自發(fā)地進(jìn)行嗎？物體間的熱傳遞有特定的方向性：

只能自發(fā)地從高溫物體傳遞到低溫物體，或從物體的高溫部分傳遞到物體的低溫部分。

溫故知新——復(fù)習(xí)能量守恒定律，知道熱現(xiàn)象的方向性氣體的膨脹有特定的方向性：只能自發(fā)地向低壓空間膨脹。

能量守恒定律告訴我們，在自然界發(fā)生的一切過(guò)程中能量都是守恒的，一個(gè)導(dǎo)致能量創(chuàng)生或能量消失的過(guò)程是不可能出現(xiàn)的。符合能量守恒定律的宏觀過(guò)程都能自發(fā)地進(jìn)行嗎？

溫故知新——復(fù)習(xí)能量守恒定律，知道熱現(xiàn)象的方向性

能量守恒定律告訴我們，在自然界發(fā)生的一切過(guò)程中能量都是守恒的，一個(gè)導(dǎo)致能量創(chuàng)生或能量消失的過(guò)程是不可能出現(xiàn)的。符合能量守恒定律的宏觀過(guò)程都能自發(fā)地進(jìn)行嗎？擴(kuò)散有特定的方向性：只能自發(fā)地由密度大的區(qū)域向密度小的區(qū)域擴(kuò)散。

無(wú)數(shù)事實(shí)告訴我們，凡是實(shí)際的過(guò)程，只要涉及熱現(xiàn)象，都有特定的方向性。這些過(guò)程可以自發(fā)地朝某個(gè)方向進(jìn)行，例如，熱由高溫物體傳向低溫物體，而相反的過(guò)程，即使不違背能量守恒定律，我們也從未見(jiàn)到它們會(huì)自發(fā)地進(jìn)行。這就是說(shuō)，一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過(guò)程都是不可逆的。

溫故知新——復(fù)習(xí)能量守恒定律，知道熱現(xiàn)象的方向性

德國(guó)物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家克勞修斯(熱力學(xué)的主要奠基人之一)敏銳的察覺(jué)到能量在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移過(guò)程中，不僅總量遵循守恒，還存在方向性的問(wèn)題。其中首次明確指出熱力學(xué)第二定律的基本概念。（RudolfJuliusEmanuelClausius，1822年1月2日－1888年8月24日）在物理學(xué)中，反映宏觀自然過(guò)程的方向性的定律就是熱力學(xué)第二定律。

一、熱力學(xué)第二定律1850年，德國(guó)物理學(xué)家克勞修斯(R.Clausius，1822-1888)將熱力學(xué)第二定律表述為：1、熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體.（即：

不可能制造這樣一臺(tái)機(jī)器，在一個(gè)循環(huán)動(dòng)作后，只是將熱量從低溫物體傳到高溫

物體，而不引起其他變化）高溫?zé)釒?kù)T1低溫?zé)釒?kù)T2Q1Q2做功制冷機(jī)WQ1：向高溫?zé)釒?kù)放出的熱量W：外界所做的功Q2：從低溫?zé)釒?kù)吸收的熱量2、制冷機(jī)工作原理克勞修斯表述的理解：

一、熱力學(xué)第二定律(3)“自發(fā)”二字的意義：

當(dāng)兩個(gè)物體接觸時(shí)，不需要任何第三者的介入、不會(huì)對(duì)任何第三者產(chǎn)生任何影

響，熱量就能從一個(gè)物體傳向另一個(gè)物體。當(dāng)兩個(gè)溫度不同的物體接觸時(shí)，這個(gè)“自發(fā)”的方向是從高溫物體指向低溫物體的。(1)克勞修斯表述闡述的是傳熱的方向性——兩個(gè)溫度不同的物體相互接觸時(shí),熱量

可以自發(fā)地從高溫物體傳向低溫物體。強(qiáng)調(diào)了“在不引起其它的變化的條件下，

熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體.”(2)要實(shí)現(xiàn)相反方向的過(guò)程，必須借助外界的幫助，因而產(chǎn)生其它影響或引起其它變化。如果允許“其它變化”，例如利用致冷機(jī)做功，熱量可以從低溫物體傳到

高溫物體上，而致冷機(jī)做功就屬于“其它變化”。如：夏天空調(diào)壓縮機(jī)工作時(shí)，

可將室內(nèi)低溫空氣的熱量傳到室外高溫的空氣中去。

熱機(jī)的工作過(guò)程①燃燒燃料工作物質(zhì)把自己的內(nèi)能變成機(jī)械能燃料中的化學(xué)能變成工作物質(zhì)的內(nèi)能②對(duì)外做功⑵從能流分配的角度看：W<Q⑴從能量轉(zhuǎn)化的角度看，熱機(jī)的工作分為兩個(gè)階段：

一、熱力學(xué)第二定律1851，英國(guó)物理學(xué)家開(kāi)爾文將熱力學(xué)第二定律表述為：1、熱力學(xué)第二定律的開(kāi)爾文表述：不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量，使之完全變成功，

而不產(chǎn)生其他影響。（即：不可能制造這樣一臺(tái)機(jī)器，在一個(gè)循環(huán)動(dòng)作后，只

是從單一熱庫(kù)吸收熱量，使之完全變?yōu)楣?，而不引起其他變化?、熱機(jī)工作原理高溫?zé)釒?kù)T1低溫?zé)釒?kù)T2Q1Q2對(duì)外做功熱機(jī)WQ1：從高溫?zé)釒?kù)吸收的熱量W：對(duì)外界所做的功Q2：向低溫?zé)釒?kù)散發(fā)的熱量熱機(jī)的效率小于100%，就不可能把從高溫?zé)嵩次盏臒崃咳哭D(zhuǎn)化為機(jī)械能，總有一部分熱量散發(fā)到冷凝器或大氣中。（1）開(kāi)爾文表述揭示機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化方向性——機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而

內(nèi)能無(wú)法全部用來(lái)做功以轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。（2）“不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量”指：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。單獨(dú)提供熱不足以給出推動(dòng)力，還必須要冷。沒(méi)有冷，熱將是無(wú)用的。（3）“不產(chǎn)生其他影響”的涵義是：發(fā)生的熱力學(xué)宏觀過(guò)程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對(duì)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。（4）自然界的一切自發(fā)過(guò)程都不可逆。

在整個(gè)自然界中，無(wú)論是他有生命的還是無(wú)生命的，所有的宏觀自發(fā)過(guò)程都具有單向性，都有一定的方向性，都是一種不可逆過(guò)程。如河水向下流，重物向下落，山岳被侵蝕，人的一生從嬰兒到老年到死亡等?？栁谋硎龅睦斫猓?/p>

一、熱力學(xué)第二定律

熱力學(xué)第二定律

兩種表述的實(shí)質(zhì)克勞修斯表述卡爾文表述熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體.不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響.按熱傳遞的方向性來(lái)表述是按機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過(guò)程的方向來(lái)表述.①兩種表述是等價(jià)的可以從一種表述導(dǎo)出另一種表述，兩種表述都稱為熱力學(xué)第二定律。

②對(duì)任何一類宏觀過(guò)程進(jìn)行方向的說(shuō)明，都可以作為熱力學(xué)第二定律的表述。

例如：氣體向真空的自由膨脹是不可逆的。

二、熱力學(xué)第二定律的兩種表述之間的關(guān)系

熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第二定律區(qū)別聯(lián)系能量守恒定律在熱力學(xué)中的表現(xiàn)，否定了創(chuàng)造能量和消滅能量的可能性，從而否定了第一類永動(dòng)機(jī)。是關(guān)于在有限空間和時(shí)間內(nèi)，一切和熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過(guò)程、化學(xué)過(guò)程具有不可逆性的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，從而否定了第二類永動(dòng)機(jī)。兩定律都是熱力學(xué)基本定律，分別從不同角度揭示了與熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過(guò)程所遵循的規(guī)律，二者相互獨(dú)立，又相互補(bǔ)充，都是熱力學(xué)的理論基礎(chǔ)。

三、熱力學(xué)第二定律與第一定律的比較

自然界的一切變化，人類社會(huì)的所有活動(dòng)，都伴隨著能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化，能量是一切物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的源泉，是一切生命活動(dòng)的基礎(chǔ)。柴薪時(shí)期煤炭時(shí)期石油時(shí)期

四、能源是有限的能量在數(shù)量上雖然守恒，但其轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化卻具有方向性。

每天我們使用的能源最后都轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能，能源消耗使得周圍環(huán)境升溫。分散在環(huán)境中的內(nèi)能不管數(shù)量多么巨大，它也只不過(guò)能使地球、大氣稍稍變暖一點(diǎn)，卻再也不能自動(dòng)聚集起來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)器做功了。這樣的轉(zhuǎn)化過(guò)程叫作“能量耗散”。1、能量耗散2、品質(zhì)降低

機(jī)械能、光能、化學(xué)能、電能相對(duì)于周圍環(huán)境中的內(nèi)能來(lái)說(shuō)，可利用的品質(zhì)要高。能量在利用過(guò)程中，總是由高品質(zhì)的能量最終轉(zhuǎn)化為低品質(zhì)的能量。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。能源的使用過(guò)程中雖然能的總量保持守恒，但能量的品質(zhì)下降了。

四、能源是有限的【例題1】根據(jù)熱力學(xué)第二定律判斷，下列說(shuō)法正確的是（）A.功可以全部轉(zhuǎn)化為熱，但熱不能全部轉(zhuǎn)化為功B.熱可以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C.氣體向真空的自由膨脹是不可逆的D.隨著技術(shù)的進(jìn)步，熱機(jī)的效率可以達(dá)到100%C解析：

功可以全部轉(zhuǎn)化為熱，根據(jù)熱力學(xué)第二定律的開(kāi)爾文表述，不可能從單一熱源取熱，把它全部變?yōu)楣Χ划a(chǎn)生其他任何影響，把熱全部轉(zhuǎn)換為功并不是不可能，只是需要產(chǎn)生其他影響而已，所以A錯(cuò)誤；熱可以從高溫物體傳到低溫物體，根據(jù)熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述，不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其他變化，也就是說(shuō)熱量可以從低溫物體傳遞到高溫物體，只是需要產(chǎn)生其他影響，所以B錯(cuò)誤；一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過(guò)程都是不可逆的，所以C正確；熱機(jī)的效率絕對(duì)不可能達(dá)到100%，一定會(huì)有能量損失，所以D錯(cuò)誤。高中物理選擇性必修第三冊(cè)

第三章：熱力學(xué)定律

第4節(jié): 熱力學(xué)第二定律【例題2】在熱學(xué)中,下列說(shuō)法正確的是 (

)A.第一類永動(dòng)機(jī)不可制成是由于它違背了能量守恒定律B.第二類永動(dòng)機(jī)不可制成是由于它違背了能量守恒定律C.熱力學(xué)第二定律告訴我們機(jī)械能可以轉(zhuǎn)化為內(nèi)能而內(nèi)能不能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能D.熱量只能從高溫物體傳向低溫物體,而不能從低溫物體傳向高溫物體A解析：不消耗能量而不斷對(duì)外做功的第一類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的,因?yàn)樗`背了能量守恒定律,故A正確;從單一熱庫(kù)吸收熱量而對(duì)外做功的第二類永動(dòng)機(jī)不違反能量守恒定律,但違反了熱力學(xué)第二定律,故B錯(cuò)誤;熱力學(xué)第二定律告訴我們機(jī)械能可以轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,而內(nèi)能在“一定的條件下”也能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,故C錯(cuò)誤;熱量能從高溫物體傳向低溫物體,在“一定的條件下”也能從低溫物體傳向高溫物體。故D錯(cuò)誤。。高中物理選擇性必修第三冊(cè)

第三章：熱力學(xué)定律

第4節(jié): 熱力學(xué)第二定律【例題3】熱現(xiàn)象過(guò)程中不可避免地出現(xiàn)能量耗散的現(xiàn)象。下列關(guān)于能量耗散的說(shuō)法中正確的是(

)A.能量耗散不符合熱力學(xué)第一定律B.能量耗散不符合熱力學(xué)第二定律C.能量耗散過(guò)程中能量不守恒D.能量耗散是從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過(guò)程具有方向性D解析：

能量耗散是指能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過(guò)程中擴(kuò)散到周圍環(huán)境中無(wú)法再自動(dòng)聚集起來(lái),其滿足熱力學(xué)第一定律,也符合熱力學(xué)第二定律,能量在數(shù)量上并未減少,但是可利用的品質(zhì)上降低了。能量耗散反映了涉及熱運(yùn)動(dòng)的宏觀過(guò)程都具有方向性,所以A、B、C錯(cuò)誤,D正確。高中物理選擇性必修第三冊(cè)

第三章：熱力學(xué)定律

第4節(jié): 熱力學(xué)第二定律1、根據(jù)熱力學(xué)定律,下列判斷正確的是(

)A.空調(diào)可以制冷說(shuō)明熱量可以自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體B.利用淺層海水和深層海水間的溫度差制造出一種熱機(jī),將海水的一部分內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,這在原理上是可行的C.制冷系統(tǒng)能將冰箱內(nèi)的熱量傳給外界較高溫度的空氣,而不引起其他變化D.滿足能量守恒定律的客觀過(guò)程都可以自發(fā)地進(jìn)行B

熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體,A錯(cuò);由熱力學(xué)第二定律可知,B正確;熱量從低溫物體傳給高溫物體時(shí)一定會(huì)引起其他變化,C錯(cuò);只滿足能量守恒定律而不滿足熱力學(xué)第二定律的過(guò)程是不可能發(fā)生的,D錯(cuò)。小試牛刀高中物理選擇性必修第三冊(cè)

第三章：熱力學(xué)定律

第4節(jié): 熱力學(xué)第二定律2、關(guān)于熱力學(xué)定律,下列說(shuō)法正確的是(

)A.功轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬膶?shí)際宏觀過(guò)程是不可逆過(guò)程B.對(duì)某物體做功,必定會(huì)使該物體的內(nèi)能增加C.不可能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

根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知,一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際宏觀過(guò)程都是不可逆的,功轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬膶?shí)際宏觀過(guò)程是不可逆過(guò)程,故A正確;做功和熱傳遞是改變物體內(nèi)能的兩種方法,由熱力學(xué)第一定律知,對(duì)物體做功,內(nèi)能不一定增加,故B錯(cuò)誤;根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知,若產(chǎn)生其他影響,可能從單一熱源吸收熱量,使之完全變?yōu)楣?故C錯(cuò)誤;根據(jù)熱力學(xué)第二定律,不可能使熱量自發(fā)地從低溫物體傳向高溫物體,但在外界的作用下,能使熱量從低溫物體傳向高溫物體,故D錯(cuò)誤。A小試牛刀高中物理選擇性必修第三冊(cè)

第三章：熱力學(xué)定律

第4節(jié): 熱力學(xué)第二定律3、下列關(guān)于能量耗散