1、.,10.4 熱力學(xué)第二定律,.,問(wèn)題提出： 我們?cè)诔踔袑W(xué)過(guò)，當(dāng)物體溫度升高時(shí)，就要吸收熱量；當(dāng)物體溫度降低時(shí)，就要放出熱量。而且熱量公式Q = cmt，這里有一個(gè)有趣的問(wèn)題：地球上有大量的海水,它的總質(zhì)量約為1.41018 t , 如果這些海水的溫度降低0.1oC,將要放出多少焦耳的熱量?海水的比熱容為C=4.2103J/(kg),放出5.81023J的熱量，這相當(dāng)于1800萬(wàn)個(gè)核電站一年的發(fā)電量,.,熱量從溫度高的物體自發(fā)地傳給溫度低的物體,“自發(fā)地”，指的是沒(méi)有任何外界的影響或幫助。,有沒(méi)有可能發(fā)生這樣地現(xiàn)象，熱量自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體，使低溫物體的溫度越來(lái)越低，高溫物體的溫度越來(lái)

2、越高。,.,電冰箱內(nèi)部的溫度比外部低，為什么致冷系統(tǒng)還能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳給外界的空氣？,這是因?yàn)殡姳湎牧穗娔?，?duì)致冷系統(tǒng)做了功。一旦切斷電源，電冰箱就不能把其內(nèi)部的熱量傳給外界的空氣了。相反，外界的熱量會(huì)自發(fā)地傳給電冰箱，使其溫度逐漸升高。,某種變化有自動(dòng)發(fā)生的趨勢(shì)，一旦發(fā)生就無(wú)需借助外力，可以自動(dòng)進(jìn)行，這種變化稱(chēng)為自發(fā)變化。,自發(fā)變化的共同特征不可逆性 任何自發(fā)變化的逆過(guò)程是不能自動(dòng)進(jìn)行的。,.,貯藏的食品,大氣,電冰箱制冷系統(tǒng),做功,., 熱量卻不能自發(fā)地從低溫物體傳向高溫物體, 要將熱量從低溫物體傳向高溫物體，必須有外界的影響和幫助，就是要有外界對(duì)其做功才能完成,熱傳導(dǎo)的方向

3、性：兩個(gè)溫度不同的物體相互接觸時(shí)，熱量會(huì)自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體；要實(shí)現(xiàn)相反過(guò)程，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。,.,結(jié)論:熱力學(xué)第二定律的一種表述:熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。這是熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述。,熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述實(shí)質(zhì)上就是：熱傳遞過(guò)程是不可逆的。,（按照熱傳遞的方向性來(lái)表述的）,.,一個(gè)在水平地面上的物體，由于克服摩擦力做功，最后要停下來(lái)。在這個(gè)過(guò)程中，物體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成為內(nèi)能，使物體和地面的溫度升高。,.,？,降溫,我們能不能看到這樣的現(xiàn)象：一個(gè)放在水平地面上的物體，靠降低溫度，可以把內(nèi)能自發(fā)地轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，使這個(gè)物體運(yùn)動(dòng)起來(lái),.

4、,思考討論下列問(wèn)題：,1.前面我們學(xué)習(xí)了第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)，不能制成的原因是什么？,（違背了能量守恒）,2.熱機(jī)是一種把什么能轉(zhuǎn)化成什么能的裝置？,(熱機(jī)是一種把內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的裝置),3.熱機(jī)的效率能否達(dá)到100%？,(熱機(jī)的效率不能達(dá)到100%),.,以內(nèi)燃機(jī)為例，氣缸中的氣體得到燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱量為Q1，推動(dòng)活塞做工W，然后排出廢氣，同時(shí)把熱量Q2散發(fā)到大氣中，,由能量守恒定律可知：Q1 = W + Q2,我們把熱機(jī)做的功W和它從熱源吸收的熱量Q1的比值叫做熱機(jī)的效率，用表示,=W / Q1,.,實(shí)際上熱機(jī)不能把得到的全部?jī)?nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，熱機(jī)必須有熱源和冷凝器，熱機(jī)工作時(shí)，總要向冷凝器散熱，

5、不可避免的要由工作物質(zhì)帶走一部分熱量Q2，所以有：Q1W,因此，熱機(jī)的效率不可能達(dá)到100%，汽車(chē)上的汽油機(jī)械效率只有20%30%，蒸汽輪機(jī)的效率比較高，也只能達(dá)到60%，即使是理想熱機(jī)，沒(méi)有摩擦，也沒(méi)有漏氣等能量損失，它也不可能把吸收的熱量百分之百的轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，總要有一部分散發(fā)到冷凝器中。,熱轉(zhuǎn)換為功的過(guò)程也是不可逆的，具有方向性。,.,機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過(guò)程具有方向性,機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，但內(nèi)能卻不能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，同時(shí)不引起其他變化。,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。,熱力學(xué)第二定律的開(kāi)爾文表述,（機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化具有方向性）,.,第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)：人們

6、把想象中能夠從單一熱源吸收熱量，全部用來(lái)做功而不引起其他變化的熱機(jī)叫做第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)。 第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成,.,定律的兩種表述,.,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(chēng)為熱力學(xué)第二定律 熱力學(xué)第二定律的意義 1）提示了有大量分子參與的宏觀過(guò)程的方向性，是獨(dú)立于熱力學(xué)第一定律的一個(gè)重要自然規(guī)律 2）對(duì)生活實(shí)踐的指導(dǎo)作用,.,熱力學(xué)第二定律揭示了有大量分子參與的宏觀過(guò)程的方向性。（自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性）。,不管如何表述，熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)在于揭示了：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。,違背熱力學(xué)第一定律的過(guò)程都不可能發(fā)生。,不違背熱力

7、學(xué)第一定律的過(guò)程不一定都可以發(fā)生。,自然過(guò)程是按一定方向進(jìn)行的。,.,2、擴(kuò)散現(xiàn)象有方向性,“氣體向真空中絕熱自由膨脹的過(guò)程是不可逆的”,.,3、能量轉(zhuǎn)化有方向性,功 熱：可自動(dòng)進(jìn)行 (如摩擦生熱、焦耳實(shí)驗(yàn)),熱 功：不可自動(dòng)進(jìn)行 (焦耳實(shí)驗(yàn)中，不可能水溫自動(dòng)降低推動(dòng)葉片而使重物升高),.,它們都不可能制成，第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)的設(shè)想違反了能量守恒定律；第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)的設(shè)想雖不違反能量守恒定律，但違背了跟熱現(xiàn)象相聯(lián)系的宏觀過(guò)程具有方向性的自然規(guī)律。,第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)和第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)比較,.,熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律,熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律是構(gòu)成熱力學(xué)知識(shí)的理論基礎(chǔ)，前者對(duì)自然過(guò)程沒(méi)有任何限制，只

8、指出在任何熱力學(xué)過(guò)程中能量不會(huì)有任何增加或損失，反映的是物體內(nèi)能的變化與熱量、做功的定量關(guān)系；后者則是解決哪些過(guò)程可以自發(fā)地發(fā)生，哪些過(guò)程必須借助于外界條件才能進(jìn)行。,.,例題分析：,例1根據(jù)熱力學(xué)第二定律，下列判斷正確的是 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?C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,解析根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，凡與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過(guò)程都具有方向性，電流的能可全部變?yōu)閮?nèi)能(由電流熱效應(yīng)中的焦耳定律可知)，而內(nèi)能不可能全部變成電流的能機(jī)械能可全部變?yōu)閮?nèi)能，而內(nèi)能不可能全部變成機(jī)

9、械能，在熱傳導(dǎo)中，熱量只能自發(fā)地從高溫物體傳遞給低溫物體，而不能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫物體，所以選項(xiàng)B、C、D正確,.,例2.如圖所示文藝復(fù)興時(shí)期意大利的達(dá)芬奇造了一個(gè)永動(dòng)機(jī)裝置。他設(shè)計(jì)時(shí)認(rèn)為，右邊的重球比左邊的重球離輪心更遠(yuǎn)些，在兩邊不均衡的作用下會(huì)使輪子沿箭頭方向轉(zhuǎn)動(dòng)不息 ( ) A這是第一類(lèi)永動(dòng)機(jī) B這是第二類(lèi)永動(dòng)機(jī) C它不可能成功，因?yàn)檫`反能的轉(zhuǎn)化及守恒定律 D它不可能成功，因?yàn)檫`反熱力學(xué)第二定律,AC,.,例3.下列說(shuō)法正確的是 ( ) A在自然條件下，熱傳遞的過(guò)程是不可逆的 B熱量不可能由高溫物體傳遞給低溫物體 C氣體的擴(kuò)散過(guò)程具有方向性 D一切形式能量轉(zhuǎn)化都不具有方向性,AC

10、,.,例4.下列說(shuō)法中可行的是 ( ) 將地球上所有海水的溫度降低0.1，以放出大量?jī)?nèi)能供人類(lèi)使用 制造一種機(jī)器，把物體與地面摩擦所產(chǎn)生的熱量全部收集起來(lái)再全部加以使用 建造一只可以從海洋中提取熱量的船，把熱量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)螺旋槳旋轉(zhuǎn) 制造一種效率為100的熱機(jī) A.可行 B可行 C可行 D都不可行,D,.,例5.根據(jù)熱力學(xué)第二定律，可知下列說(shuō)法中正確的是（ ） A不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來(lái)做功，而不引起其它變化 B沒(méi)有冷凝器，只有單一的熱源，能將從單一熱源吸收的熱量全部用來(lái)做功，而不引起其它的變化的熱機(jī)是可實(shí)現(xiàn)的 C致冷系統(tǒng)能將冰箱里的熱量傳給外界較高溫度的空氣中而不引起其它變化 D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,AD,.,例6.關(guān)于第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)，下列說(shuō)法中正確的是 ( ) A它既不違反熱力學(xué)第一定律，也不違反熱力學(xué)第二定律 B它既違反了熱力學(xué)第一定律，也違反了熱力學(xué)第二定律 C它不違反熱力學(xué)第一定律，只違反熱力學(xué)第二定律 D它只違反熱力學(xué)第一定律，不違反熱力學(xué)第二定律,C,.,例7.根據(jù)熱力學(xué)定律和分子動(dòng)理