1、蒙城六中 張偉利,第十章 熱力學(xué)定律,第四節(jié) 熱力學(xué)第二定律,人教版選修3-3課件,知識復(fù)習(xí),能量守恒定律告訴我們：,在自然界發(fā)生的一切過程中能量都是守恒的。,問題,滿足能量守恒的過程是否都能實現(xiàn)呢？,2020/9/26,SMH制作,3,思考1：將一塊燒紅的鐵塊投入冷水中，會發(fā)生什么現(xiàn)象？,結(jié)果：鐵塊的溫度降低，水的溫度升高，最終兩者溫度相同,情境誘思1,情境誘思1,設(shè)問1：將燒紅的鐵塊投入水中，結(jié)果會不會鐵塊溫度更高，水的溫度更低？,結(jié)論1： 熱量自發(fā)地由高溫物體向低溫物體傳遞的過程是不可逆的。,情境2：一滴墨水滴進(jìn)一杯清水，不久整杯水都均勻地變黑了。,情境誘思2,設(shè)問2：有沒有這樣的過程：

2、這杯均勻黑水中的小碳粒又自發(fā)的聚集到一起，成為一滴墨水，而其余部分又變成清水。,結(jié)論2：擴(kuò)散現(xiàn)象進(jìn)行是有方向的,過程是不可逆的。,情境3：一個在水平地面上運動的物體，由于克服摩擦力做功，最后要停下來。在這個過程中，物體的動能轉(zhuǎn)化成為內(nèi)能，使物體和地面的溫度升高。,情境誘思3,設(shè)問3：我們能不能看到這樣的現(xiàn)象：一個放在水平地面上的物體，靠降低周圍空氣的溫度，可以把內(nèi)能自發(fā)地轉(zhuǎn)化為動能，使這個物體運動起來,情境誘思3,結(jié)論3. 通過摩擦而使功轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬倪^程是不可逆的。,4.氣體絕熱自由膨脹具有方向性,一.自然過程的方向,小結(jié)：無數(shù)事實告訴我們：凡是實際的過程，只要涉及熱現(xiàn)象，如熱傳遞、氣體的膨脹、

3、擴(kuò)散、有摩擦的機械運動都有特定方向。也就是說，一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是不可逆的。,結(jié)論4. 氣體膨脹(絕熱自由膨脹)的過程是不可逆的。,一.自然過程的方向,一.自然過程的方向,共同特征,結(jié)論： 一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是不可逆的。,在物理學(xué)中，反映宏觀自然過程的方向性的定律就是熱力學(xué)第二定律（second law of thermodynamics). 不同的人對問題的理解不同,（1）克勞修斯表述： 1. 內(nèi)容：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體.,二.熱力學(xué)第二定律,2.理解“自發(fā)“：當(dāng)兩個物體接觸時，不需要第三者介入、不會對任何第三者產(chǎn)生影響，熱量就能從一個物體傳遞到另

4、外一個物體。,克勞修斯表述指明熱傳導(dǎo)過程是不可逆的。,二.熱力學(xué)第二定律,高溫,低溫,自發(fā),自發(fā),高溫,低溫,問題: 電冰箱工作時違反熱力學(xué)第二定律嗎？,學(xué)以致用,思考：電冰箱的內(nèi)部溫度比外部溫度低，為什么致冷系統(tǒng)還能不斷地把箱內(nèi)熱量傳給外界的空氣？,貯藏的食品,大氣,電冰箱制冷系統(tǒng),做功,學(xué)以致用,如圖所示為電冰箱的工作原理示意圖壓縮機工作時，強迫制冷劑在冰箱內(nèi)外的管道中不斷循環(huán)在蒸發(fā)器中制冷劑汽化吸收箱體內(nèi)的熱量，經(jīng)過冷凝器時制冷劑液化，放出熱量到箱體外,學(xué)以致用,解釋：因為電冰箱消耗了電能，對制冷系統(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，外界的熱量會自發(fā)地

5、傳給電冰箱，使其溫度逐漸升高,1.熱傳導(dǎo)的過程是有方向性的，這個過程可以向一個方向自發(fā)地進(jìn)行，但是向相反的方向卻不能自發(fā)地進(jìn)行。 2.要實現(xiàn)相反方向的過程，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。,熱傳導(dǎo)的方向性小結(jié),3自然過程的方向性舉例 (1)傳熱過程的方向性 (2)擴(kuò)散現(xiàn)象的方向性 (3)機械能和內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性 (4)氣體向真空中膨脹的方向性 (5)電能和內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性 總之，在整個自然界中，無論是有生命的還是無生命的，所有的宏觀自發(fā)過程都具有單向性，都有一定的方向性，都是一種不可逆過程如河水向下流，重物向下落，山岳被侵蝕，房屋衰朽倒塌，人的一生從嬰兒到老年到死亡等,思維

6、拓展,【例題1】：下列說法正確的是（ ） 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)散過程具有方向性 D、一切形式的能量間的相互轉(zhuǎn)化都不具有可逆性,典題強化 同步作業(yè)P54典題強化1,C,【同類練習(xí)1】：在相對封閉的空間環(huán)境中（如冰箱的內(nèi)部、公共衛(wèi)生間等），常會充滿異味，能否發(fā)明一種簡單的除味裝置，去掉這樣環(huán)境中的異味，且不引起其他的變化。請說明判斷理由。同類練習(xí)在黑板上畫圖。,典題強化,物理結(jié)論取自于生活，最終還要應(yīng)用于生活。為了提高勞動效率，人們制造了很多機器，還要想盡一切辦法提高效率。,情境引入,存在即需要,三.熱力學(xué)第二定律的另一種表

7、述,1、熱機定義：是一種把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能的裝置。(汽油機、柴油機、蒸汽輪機、噴氣發(fā)動機等） 2、熱機工作過程：,三.熱力學(xué)第二定律的另一種表述,一階段：燃料燃燒產(chǎn)生熱量 Q1（高溫?zé)嵩矗?（即：燃料中化學(xué)能轉(zhuǎn)化為工作物質(zhì)的內(nèi)能）,二階段：推動活塞對外做功 W （即：工作物質(zhì)內(nèi)能變成機械能）,4、熱機工作時的效率：由能量守恒定律知道 Q1 = W +Q2 熱機的效率：,熱機的效率小于100%，就不可能把從高溫?zé)嵩次盏臒崃咳哭D(zhuǎn)化為機械能，總有一部分熱量散發(fā)到冷凝器或大氣中。,3、熱機工作時的能流分配,三.熱力學(xué)第二定律的另一種表述,低溫?zé)釒?Q2,W,高溫?zé)釒?Q1,（2）開爾文表述 1、內(nèi)

8、容：不可能從單一熱源吸取熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響。 2、理解：利用熱機循環(huán)，吸熱可對外作出功來但實際熱機的循環(huán)除了熱變功外，還必定有一定的熱量從高溫?zé)嵩磦鹘o低溫?zé)嵩?，即產(chǎn)生了其它效果。,三.熱力學(xué)第二定律的另一種表述,三.熱力學(xué)第二定律的另一種表述,3、特例：熱全部變?yōu)楣Φ倪^程也是有的，如，理想氣體等溫膨脹。但在這一過程中除了氣體從單一熱源吸熱完全變?yōu)楣ν猓€引起了其它變化，即過程結(jié)束時，氣體的體積增大了。,開爾文表述揭示機械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化方向性 機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能無法全部用來做功以轉(zhuǎn)換成機械能。,1.兩種表述是等價的 可以從一種表述導(dǎo)出另一種表述，兩種表述都稱為熱力

9、學(xué)第二定律 2.對任何一類宏觀過程進(jìn)行方向的說明，都可以作為熱力學(xué)第二定律的表述。 附：熱力學(xué)第二定律的其他描述 (1)一切宏觀自然過程的進(jìn)行都具有方向性 (2)氣體向真空的自由膨脹是的不可逆 (3)第二類永動機不可能制成,對熱力學(xué)第二定律的理解,四、第二類永動機,1.第二類永動機：人們把想象中能夠從單一熱源吸收熱量，全部用來做功而不引起其它變化叫做第二類永動機。 2.第二類永動機不可能制成！ 表示機械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性盡管機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能卻不能在不引起其他變化全部轉(zhuǎn)化成機械能,四、第二類永動機,3.第一類永動機和第二類永動機 它們都不可能制成，第一類永動機的設(shè)想違反了

10、能量守恒定律；第二類永動機的設(shè)想雖不違反能量守恒定律，但違背了跟熱現(xiàn)象相聯(lián)系的宏觀自然過程具有方向性的規(guī)律（熱力學(xué)第二定律）?？匆环N熱機設(shè)計方案是否可行，不僅要看是否遵守能量守恒定律，還要看是否滿足熱力學(xué)第二定律。,熱力學(xué)第二定律的另一種表述就是：第二類永動機不可能制成。,【例2】：根據(jù)熱力學(xué)第二定律，可知下列說法中正確的是（ ） A不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其它變化 B沒有冷凝器，只有單一的熱源，能將從單一熱源吸收的熱量全部用來做功，而不引起其它的變化的熱機是可實現(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

11、高溫物體，而不引起其他變化,典題強化,AD,1熱力學(xué)第一定律揭示了做功和傳熱對改變物體內(nèi)能的規(guī)律關(guān)系UWQ，指明內(nèi)能不但可以轉(zhuǎn)移，而且還能跟其他形式的能相互轉(zhuǎn)化熱力學(xué)第一定律是能量守恒定律在熱學(xué)中的一種表述形式，是從能的角度揭示不同物質(zhì)運動形式相互轉(zhuǎn)化的可能性告誡人們：第一類永動機不可能制成熱力學(xué)第一定律只有一種表述形式,五、熱力學(xué)第二定律與熱力學(xué)第一定律的關(guān)系,2熱力學(xué)第二定律揭示了大量分子參與的宏觀過程的方向性進(jìn)一步揭示了各種物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程及其運動形式的轉(zhuǎn)化過程都具有方向性告誡人們：第二類永動機不可能制成而且熱力學(xué)第二定律有多種表述形式,五、熱力學(xué)第二定律與熱力學(xué)第一定律的關(guān)系,3兩定律的關(guān)

12、系：熱力學(xué)第一定律是和熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過程中能量守恒的特殊表達(dá)形式，說明功及熱量與內(nèi)能改變的定量關(guān)系，而第二定律指出了能量轉(zhuǎn)化與守恒能否實現(xiàn)的條件和過程進(jìn)行的方向，指出了一切變化過程的自然發(fā)展方向不可逆，除非靠外界影響，所以二者相互獨立，又相互補充,五、熱力學(xué)第二定律與熱力學(xué)第一定律的關(guān)系,【例題3】關(guān)于兩類永動機和熱力學(xué)兩個定律，下列說法正確的是() A第二類永動機不可能制成是因為違反了熱力學(xué)第一定律 B第一類永動機不可能制成是因為違反熱力學(xué)第二定律 C由熱力學(xué)第一定律可知做功不一定改變內(nèi)能，傳熱也不一定改變內(nèi)能，但同時做功和傳熱一定會改變內(nèi)能 D由熱力學(xué)第二定律可知熱從低溫物體傳向高溫物體是可能的，從單一熱源吸收熱量，完全變成功也是可能的,典題強化,【例4】隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源短缺問題日顯突出，已對各國人民的日常生活造成了各種影響，如排長隊等待加油的情景已經(jīng)多次在世界各地發(fā)生，能源成為困擾世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大難題之一，下列有關(guān)能量轉(zhuǎn)化的說法中錯誤的是() A不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他的變化 B只要對內(nèi)燃機不斷改進(jìn)，就可以把內(nèi)燃機得到的全部內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能 C滿足能量守恒定律的物理過程都能自發(fā)的進(jìn)行 D外界對物體做功，物