1、第3、4節(jié) 熱力學(xué)第二定律_熵?zé)o序程度的量度 1.凡是與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀(guān)過(guò)程都具有方向性。2熱力學(xué)第二定律有兩種表述，克勞修斯表述：“不可能使熱量從低溫物體傳向高溫物體而不引起其他變化”，開(kāi)爾文表述：“不可能從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)橛杏霉Χ灰鹌渌兓?；第二?lèi)永動(dòng)機(jī)違背熱力學(xué)第二定律，不可能制成。3用來(lái)量度系統(tǒng)無(wú)序程度的物理量叫熵，在孤立系統(tǒng)中，一切不可逆過(guò)程必然朝著熵增加的方向進(jìn)行。自然過(guò)程的方向性自讀教材抓基礎(chǔ)1可逆過(guò)程和不可逆過(guò)程(1)可逆過(guò)程：一個(gè)系統(tǒng)由某一狀態(tài)出發(fā)，經(jīng)過(guò)某一過(guò)程到達(dá)另一狀態(tài)，如果存在另一過(guò)程，它能使系統(tǒng)和外界完全復(fù)原，即系統(tǒng)回到原來(lái)的狀態(tài)，同時(shí)消除原來(lái)過(guò)程

2、對(duì)外界的一切影響，則原來(lái)的過(guò)程稱(chēng)為可逆過(guò)程。(2)不可逆過(guò)程：如果用任何方法都不能使系統(tǒng)與外界完全復(fù)原，則原來(lái)的過(guò)程稱(chēng)為不可逆過(guò)程。2熱傳導(dǎo)的方向性(1)熱量可以自發(fā)地由高溫物體傳給低溫物體，或者由物體的高溫部分傳給低溫部分。(2)熱量不能自發(fā)地由低溫物體傳給高溫物體。(3)熱傳遞是不可逆過(guò)程，具有方向性。3功和熱相互轉(zhuǎn)變的方向性(1)功轉(zhuǎn)變?yōu)闊徇@一熱現(xiàn)象是不可逆的，具有方向性。(2)熱轉(zhuǎn)變?yōu)楣@一熱現(xiàn)象也是不可逆的，具有方向性。4結(jié)論凡是與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀(guān)過(guò)程都具有方向性。跟隨名師解疑難1熱傳導(dǎo)的方向性(1)“自發(fā)地”是指沒(méi)有任何外界的影響或幫助。如重物下落、植物的開(kāi)花結(jié)果等都是自然界客觀(guān)存

3、在的一些過(guò)程。(2)熱量從高溫物體傳給低溫物體，是因?yàn)閮烧咧g存在著溫度差，而不是熱量從內(nèi)能多的物體傳給內(nèi)能少的物體。由內(nèi)能的定義可知，溫度低的物體有可能比溫度高的物體內(nèi)能大。2熱機(jī)的原理及效率(1)定義：熱機(jī)就是消耗內(nèi)能對(duì)外做功的一種裝置。(2)原理：熱機(jī)從熱源吸收熱量Q1，推動(dòng)活塞做功W，然后向冷凝器釋放能量Q2。(3)效率：由能量守恒定律知Q1WQ2，我們把熱機(jī)做功W和它從熱源吸收的熱量Q1的比值叫做熱機(jī)效率，用表示，即100%。學(xué)后自檢(小試身手)關(guān)于熱傳遞的方向性，下列說(shuō)法正確的是()A熱量能自發(fā)地由高溫物體傳給低溫物體B熱量能自發(fā)地由低溫物體傳給高溫物體C任何條件下，熱量都可以從低

4、溫物體傳給高溫物體D熱量一定不可能從低溫物體傳給高溫物體解析：選A在有外力做功的情況下，熱量可以從低溫物體傳遞給高溫物體，而熱量只能自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體。熱力學(xué)第二定律的表述自讀教材抓基礎(chǔ)1克勞修斯表述不可能使熱量從低溫物體傳向高溫物體而不引起其他變化。(說(shuō)明熱傳導(dǎo)的方向性)2開(kāi)爾文表述不可能從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)橛杏霉Χ灰鹌渌兓?說(shuō)明機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性)3第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成(1)第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)是指人們?cè)O(shè)想的從單一熱源吸取熱量并使之完全轉(zhuǎn)化為功而不產(chǎn)生其他影響的機(jī)器。(2)熱力學(xué)第二定律也可以表述為：第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)是不可能制成的。跟隨名師解疑難1對(duì)兩種表述的理解

5、(1)熱力學(xué)第二定律的兩種表述看上去似乎沒(méi)有什么聯(lián)系，然而實(shí)際上它們是等價(jià)的，即由其中一個(gè)，可以推導(dǎo)出另一個(gè)。(2)“不引起其他變化”是指使熱量從低溫物體傳遞到高溫物體時(shí)外界不消耗任何功或從單一熱源吸收熱量全部用來(lái)做功而外界及系統(tǒng)都不發(fā)生任何變化。(3)克勞修斯表述是說(shuō)熱量不能自動(dòng)地從低溫物體轉(zhuǎn)移到高溫物體。如果外界消耗一定量的功，把熱量從低溫物體轉(zhuǎn)移到高溫物體是完全可能的，如電冰箱和空調(diào)機(jī)的制冷過(guò)程。(4)開(kāi)爾文表述表明了在引起其他變化或產(chǎn)生其他影響的條件下，熱量能夠完全轉(zhuǎn)化為功，如理想氣體的等溫自由膨脹，內(nèi)能不變，吸收的熱量全部轉(zhuǎn)化為功，但卻引起了體積的膨脹。2熱力學(xué)第二定律的普遍性熱力學(xué)

6、第二定律的每一種表述都揭示了大量分子參與的宏觀(guān)過(guò)程的方向性，進(jìn)而使人們認(rèn)識(shí)到自然界中一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀(guān)過(guò)程都具有方向性，都是不可逆的。3熱力學(xué)第二定律的推廣對(duì)任何一類(lèi)宏觀(guān)自然過(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，在圖531中，盒子中間有一個(gè)擋板，左室為真空，右室有氣體。撤去擋板后，右室的氣體自發(fā)向左室擴(kuò)散，而相反的過(guò)程不可能自發(fā)地進(jìn)行。因此，熱力學(xué)第二定律也可以表述為：氣體向真空的自由膨脹是不可逆的。圖531學(xué)后自檢(小試身手)下列說(shuō)法中，正確的是()A一切形式的能量間的相互轉(zhuǎn)化都具有方向性B熱量不可能由低溫物體傳給高溫物體C氣體的擴(kuò)散過(guò)程具有方向性D. 一切形式的能量

7、間的相互轉(zhuǎn)化都不具有方向性解析：選C與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀(guān)過(guò)程具有方向性，A、D錯(cuò)；熱量可以由低溫物體傳給高溫物體，但必須有外界影響，B錯(cuò)；氣體的擴(kuò)散過(guò)程是單一方向的，即不可逆過(guò)程，C正確。熵和熵增加原理自讀教材抓基礎(chǔ)1熱力學(xué)第二定律的微觀(guān)本質(zhì)一切不可逆過(guò)程總是沿著大量分子熱運(yùn)動(dòng)無(wú)序程度增大的方向進(jìn)行。2熵用來(lái)量度系統(tǒng)無(wú)序程度的物理量叫做熵。3熵增加原理在孤立系統(tǒng)中，一切不可逆過(guò)程必然朝著熵增加的方向進(jìn)行。4孤立系統(tǒng)與外界既沒(méi)有物質(zhì)交換也沒(méi)有能量交換的系統(tǒng)。跟隨名師解疑難1對(duì)熵的理解(1)熵是反映系統(tǒng)無(wú)序程度的物理量，系統(tǒng)越混亂，無(wú)序程度越大，這個(gè)系統(tǒng)的熵就越大。(2)在任何自然過(guò)程中，一個(gè)孤立系

8、統(tǒng)的總熵不會(huì)減小，如果過(guò)程可逆，則熵不變；如果過(guò)程不可逆，則熵增加。2對(duì)熵增加原理的理解(1)對(duì)于孤立的熱力學(xué)系統(tǒng)而言，所發(fā)生的是由非平衡態(tài)向著平衡態(tài)的變化過(guò)程，因此，總是朝著熵增加的方向進(jìn)行?；蛘哒f(shuō)，一個(gè)孤立系統(tǒng)的熵永遠(yuǎn)不會(huì)減小。這就是熵增加原理。(2)從微觀(guān)的角度看，熱力學(xué)第二定律是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，一個(gè)孤立系統(tǒng)總是從熵小的狀態(tài)向熵大的狀態(tài)發(fā)展，熵值越大代表著越無(wú)序，所以自發(fā)的宏觀(guān)過(guò)程總是向無(wú)序程度更大的方向發(fā)展。特別提醒熵增加原理是判斷不同狀態(tài)的物體不可逆過(guò)程進(jìn)行方向的共同標(biāo)準(zhǔn)。學(xué)后自檢(小試身手)下列關(guān)于熵的說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A熵是系統(tǒng)內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)無(wú)序性的量度B在自然過(guò)程中熵總是增加的C熱力學(xué)

9、第二定律也叫做熵減小原理D熵值越大表示系統(tǒng)越無(wú)序解析：選C根據(jù)熵的定義知A正確；從熵的意義上說(shuō)，系統(tǒng)自發(fā)變化時(shí)總是向著熵增加的方向發(fā)展，B正確；熱力學(xué)第二定律也叫熵增加原理，C錯(cuò)；熵越大，系統(tǒng)越混亂，無(wú)序程度越大，D正確。故選C。對(duì)熱力學(xué)第二定律的考查典題例析1下列說(shuō)法中正確的是()A機(jī)械能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能是不可能的B第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制造成功的原因是因?yàn)槟芰考炔粫?huì)消失，也不會(huì)創(chuàng)生，只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，或從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式C根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體D從單一熱源吸收的熱量全部變?yōu)楣κ强赡艿乃悸伏c(diǎn)撥解此題的關(guān)鍵有兩點(diǎn)：(1)熱力學(xué)第二定律的兩種描述

10、。(2)第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)制不成的原因。解析：機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故A錯(cuò)誤；第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制造成功是因?yàn)樗`背了熱力學(xué)第二定律，故B錯(cuò)誤；熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，但如果不是自發(fā)地，是可以進(jìn)行的，故C錯(cuò)誤；從單一熱源吸收的熱量全部用來(lái)做功而不引起其他變化，是不可能的，但如果是從單一熱源吸收的熱量全部變?yōu)楣Φ耐瑫r(shí)也引起了其他的變化，是可能的，故D正確。答案：D探規(guī)尋律(1)在引起其他影響的情況下，熱量可以從低溫物體傳到高溫物體，如空調(diào)、冰箱等。(2)分析熱力學(xué)第二定律的應(yīng)用問(wèn)題時(shí)都不能忽視“自發(fā)性”和“不引起其他變化”的物理意義。跟蹤演練根據(jù)熱力學(xué)第二定律，下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是()

11、A電流的電能不可能全部變成內(nèi)能B在火力發(fā)電中，燃?xì)獾膬?nèi)能不可能全部變?yōu)殡娔蹸在熱機(jī)中，燃?xì)獾膬?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物體解析：選A電能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，如純電阻電路，而燃?xì)獾膬?nèi)能不可能全部轉(zhuǎn)化為電能和機(jī)械能，故A錯(cuò)誤，B、C正確。根據(jù)熱力學(xué)第二定律關(guān)于熱傳導(dǎo)的描述，D正確。對(duì)熵和熵增加原理的考查典題例析2(多選)足球運(yùn)動(dòng)員在比賽中摔倒造成粉碎性骨折，關(guān)于這一過(guò)程下列說(shuō)法正確的是()A此過(guò)程是一個(gè)可逆過(guò)程B此過(guò)程是一個(gè)不可逆過(guò)程C此過(guò)程中熵增加D此過(guò)程中熵減少思路點(diǎn)撥熵是反映系統(tǒng)的無(wú)序程度的物理量，根據(jù)熵增加原理，一個(gè)孤立系統(tǒng)熵永遠(yuǎn)不會(huì)減小。熵

12、越大，無(wú)序程度越大。解析：由于完好的骨頭形狀確定，故完好的骨頭所處的宏觀(guān)態(tài)對(duì)應(yīng)的微觀(guān)態(tài)較少，熵小，較為有序。發(fā)生粉碎性骨折后，其所處的宏觀(guān)態(tài)對(duì)應(yīng)的微觀(guān)態(tài)較多，熵大，較為無(wú)序，故在這一過(guò)程中熵增加，且此過(guò)程不可逆。答案：BC探規(guī)尋律(1)必須知道一切不可逆過(guò)程都朝熵增加的方向進(jìn)行。(2)每一個(gè)不可逆過(guò)程都會(huì)導(dǎo)致熵的增加。例如：平時(shí)常見(jiàn)的熱傳遞、擴(kuò)散、功轉(zhuǎn)變成熱、煤的燃燒、鐵在空氣中氧化等一切自發(fā)的過(guò)程，都會(huì)使熵增加。跟蹤演練對(duì)于孤立體系中發(fā)生的實(shí)際過(guò)程，下列說(shuō)法中正確的是()A系統(tǒng)的總熵只能減小，不可能增加B系統(tǒng)的總熵可能增大，可能不變，還可能減小C系統(tǒng)逐漸從比較有序的狀態(tài)向更無(wú)序的狀態(tài)發(fā)展D系

13、統(tǒng)逐漸從比較無(wú)序的狀態(tài)向更加有序的狀態(tài)發(fā)展解析：選C根據(jù)熵增加原理，一個(gè)孤立系統(tǒng)發(fā)生的實(shí)際過(guò)程，總熵只能增大，A、B錯(cuò)誤；再根據(jù)熵的物理意義，它量度系統(tǒng)的無(wú)序程度，熵越大，無(wú)序程度越大，故C正確，D錯(cuò)誤。課堂雙基落實(shí)1第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可以制成，是因?yàn)?)A違背了熱力學(xué)第一定律B熱量總是從高溫物體傳遞到低溫物體C機(jī)械能不可能全部轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能D內(nèi)能不能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，同時(shí)不引起其他變化解析：選D第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)設(shè)想雖然符合熱力學(xué)第一定律，但是違背了能量轉(zhuǎn)化中有些過(guò)程是不可逆的規(guī)律，所以不可能制成，故選D。 2.(多選)下列關(guān)于熱力學(xué)第二定律微觀(guān)意義的說(shuō)法正確的是()A從微觀(guān)的角度看，熱力學(xué)第二定律是一個(gè)

14、統(tǒng)計(jì)規(guī)律B一切自然過(guò)程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)無(wú)序性減小的方向進(jìn)行C有的自然過(guò)程沿著分子熱運(yùn)動(dòng)無(wú)序性增大的方向進(jìn)行，有的自然過(guò)程沿著分子熱運(yùn)動(dòng)無(wú)序性減小的方向進(jìn)行D在任何自然過(guò)程中，一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵不會(huì)減小解析：選AD從熱力學(xué)第二定律的微觀(guān)本質(zhì)看，一切不可逆過(guò)程總是沿著大量分子熱運(yùn)動(dòng)無(wú)序程度增大的方向進(jìn)行，我們知道熱力學(xué)第二定律是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，A對(duì)。任何自然過(guò)程總是朝著無(wú)序程度增大的方向進(jìn)行，也就是熵增加的方向進(jìn)行，則D對(duì)。 3.下列說(shuō)法中正確的有()A第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)和第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)一樣，都違背了能量守恒定律，因此不可能制成B根據(jù)能量守恒定律，經(jīng)過(guò)不斷地技術(shù)改造，熱機(jī)的效率可以達(dá)到100%C因?yàn)槟芰渴?/p>

15、恒，所以“能源危機(jī)”是不可能真正出現(xiàn)的D自然界中的能量是守恒的，但有的能量便于利用，有的不便于利用，因此要節(jié)約能源解析：選D第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)違背了熱力學(xué)第一定律，第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)違背了熱力學(xué)第二定律，A錯(cuò)；熱機(jī)的效率永遠(yuǎn)小于100%，因?yàn)橐虻蜏責(zé)嵩瓷?，B錯(cuò)；雖然能量守恒，但可利用的能量越來(lái)越少，因此要節(jié)約能源，C錯(cuò)D正確。 4.(1)在物理學(xué)中，反映自然過(guò)程方向性的定律是_。(2)熱力學(xué)第二定律的開(kāi)爾文表述闡述了機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)變的方向性，機(jī)械能可以轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能，而內(nèi)能_轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能而不引起其他變化。(3)引入熵的概念后，人們也把熱力學(xué)第二定律叫做熵增加原理，具體表述為：_解析：(1)反映自然過(guò)程方向

16、性的定律是熱力學(xué)第二定律。(2)內(nèi)能不能100%地轉(zhuǎn)變成機(jī)械能而不引起其他變化。(3)在孤立系統(tǒng)中，一切不可逆過(guò)程必然朝著熵增加的方向進(jìn)行。答案：(1)熱力學(xué)第二定律(2)不可能完全(3)見(jiàn)解析 課下綜合檢測(cè)一、選擇題1(多選)下列說(shuō)法中正確的是()A一切涉及熱現(xiàn)象的宏觀(guān)過(guò)程都具有方向性B一切不違背能量守恒定律的物理過(guò)程都是可以實(shí)現(xiàn)的C由熱力學(xué)第二定律可以判斷物理過(guò)程能否自發(fā)進(jìn)行D一切物理過(guò)程都不可能自發(fā)地進(jìn)行解析：選AC由熱力學(xué)第二定律的物理意義知，A、C正確，D錯(cuò)誤。不違背能量守恒定律的物理過(guò)程，如果違背熱力學(xué)第二定律，也是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，故B錯(cuò)誤。2下列敘述中正確的是()A對(duì)一定質(zhì)量的氣體加

17、熱，其內(nèi)能可能減小B在任何系統(tǒng)中，一切過(guò)程都朝著熵增加的方向進(jìn)行C物體的溫度升高，分子熱運(yùn)動(dòng)變得劇烈，每個(gè)分子動(dòng)能都增大D根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體，但不可能從低溫物體傳到高溫物體解析：選A根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，A對(duì)；在孤立系統(tǒng)中，一切不可逆過(guò)程必然朝著熵增加的方向進(jìn)行，故B錯(cuò)；物體的溫度升高時(shí)，并不是每個(gè)分子動(dòng)能都增大，故C錯(cuò)；熱量可以從低溫物體傳到高溫物體(引起其他變化)，D錯(cuò)。3我們絕不會(huì)看到一個(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)能而運(yùn)動(dòng)起來(lái)。其原因是()A這違反了能量守恒定律B在任何條件下內(nèi)能都不可能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，只有機(jī)械能才會(huì)轉(zhuǎn)化成

18、內(nèi)能C機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過(guò)程具有方向性，內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能是有條件的D以上說(shuō)法均不正確解析：選C此現(xiàn)象說(shuō)明了機(jī)械能和內(nèi)能之間轉(zhuǎn)化的方向性，并不違反能量守恒定律，因此，C正確，A、B、D錯(cuò)誤。4在下列四個(gè)過(guò)程中，可能發(fā)生的是()A某物體從高溫?zé)嵩次?0 kJ的熱量，全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，而沒(méi)有產(chǎn)生任何其他影響B(tài)打開(kāi)一高壓密閉容器，容器內(nèi)的氣體自發(fā)流出后又自發(fā)流回該容器里去，恢復(fù)原狀C以引起其他變化為代價(jià)，使低溫物體的溫度更低，高溫物體的溫度更高D兩瓶不同液體自發(fā)地互溶過(guò)程是朝著熵減小的方向進(jìn)行的解析：選CA錯(cuò)，違反了熱力學(xué)第二定律；由于自發(fā)過(guò)程的方向性，可知B是錯(cuò)誤的，C正確。液體自發(fā)的互溶過(guò)程是不

19、可逆過(guò)程，必然是朝著熵增加的方向進(jìn)行的，故D錯(cuò)。5如圖1所示，兩個(gè)相通的容器P、Q間裝有閥門(mén)K，P中充滿(mǎn)氣體，Q內(nèi)為真空，整個(gè)系統(tǒng)與外界沒(méi)有熱交換，打開(kāi)閥門(mén)后，P中的氣體進(jìn)入Q中，最終達(dá)到平衡，則()圖1A氣體的體積膨脹，內(nèi)能增加B氣體分子勢(shì)能減少，內(nèi)能增加C氣體分子勢(shì)能增加，壓強(qiáng)可能不變DQ中氣體不可能自發(fā)地全部退回到P中解析：選D當(dāng)閥門(mén)K被打開(kāi)，P中氣體進(jìn)入Q中，由于Q中為真空，且系統(tǒng)與外界沒(méi)有熱交換，所以氣體內(nèi)能不變，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤。氣體體積增大，溫度不變，壓強(qiáng)減小，選項(xiàng)C錯(cuò)誤。由熱力學(xué)第二定律可知，Q中氣體不可能自發(fā)地全部退回到P中，所以選項(xiàng)D正確。6(多選)如圖2為電冰箱的工作原理示意圖。壓縮機(jī)工作時(shí)，強(qiáng)迫制冷劑在冰箱內(nèi)外的管道中不斷循環(huán)。在蒸發(fā)器中制冷劑汽化吸收箱體內(nèi)的熱量，經(jīng)過(guò)冷凝器時(shí)制冷劑液化，放出熱量到箱體外。下列說(shuō)法正確的是()圖2A熱量可以自發(fā)地從冰箱內(nèi)傳到冰箱外B電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳到外界，是因?yàn)槠湎牧穗娔蹸電冰箱的工作原理不違反熱力學(xué)第一定律D電冰箱的工作