有序、无序和熵ppt-人教课标版课件

有序、无序和熵有序、无序和熵ppt-人教课标版课件人教课标版课件有序、无序和熵有序、无序和熵ppt-人教课标版课件人教课标版课件有序、无序和熵有序、无序和熵ppt-人教课标版课件人教课标版课件有序、无序和熵有序、无序和熵ppt-人教课标版课件人教课标版课件导入新课导入新课 前面我们已经学习了热前面我们已经学习了热力学第二定律，下面让我们力学第二定律，下面让我们来复习一下。来复习一下。导入新课导入新课 前面我们已经学习了热力学第二定律，下前面我们已经学习了热力学第二定律，下热力学第二定律的发展史热力学第二定律的发展史克劳修斯（克劳修斯（1822-1888）曾任德国柏林皇）曾任德国柏林皇家工学校物理教授家工学校物理教授 1850年，克劳修斯在卡诺的基础上统一了年，克劳修斯在卡诺的基础上统一了能量守恒和转化定律与卡诺原理，指出：一个能量守恒和转化定律与卡诺原理，指出：一个自动运作的机器，不可能把热从低温物体移到自动运作的机器，不可能把热从低温物体移到高温物体而不发生任何变化，这就是热力学第高温物体而不发生任何变化，这就是热力学第二定律。二定律。热力学第二定律的发展史克劳修斯（热力学第二定律的发展史克劳修斯（1822-1888）曾任德国）曾任德国 1851年，开尔文又提出：不可能从单一年，开尔文又提出：不可能从单一热源取热，使之完全变为有用功而不产生其热源取热，使之完全变为有用功而不产生其他影响；或不可能用无生命的机器把物质的他影响；或不可能用无生命的机器把物质的任何部分冷至比周围最低温度还低，从而获任何部分冷至比周围最低温度还低，从而获得机械功。这就是热力学第二定律的得机械功。这就是热力学第二定律的“开尔开尔文表述文表述”。奥斯特瓦尔德则表述为：第二类永动机奥斯特瓦尔德则表述为：第二类永动机不可能制造成功。不可能制造成功。开尔文（开尔文（1824-1907）毕）毕业于剑桥大学聘为格拉斯业于剑桥大学聘为格拉斯哥大学自然哲学教授长达哥大学自然哲学教授长达50年，曾任法国科学院院年，曾任法国科学院院士，英国皇家学会会长士，英国皇家学会会长 1851年，开尔文又提出：不可能从单一热源取年，开尔文又提出：不可能从单一热源取 那么热力学第二定那么热力学第二定律到底是描述什么物理律到底是描述什么物理现象的呢？下面让我们现象的呢？下面让我们来认识一下它来认识一下它 那么热力学第二定律到底是描述什么物理现象的呢那么热力学第二定律到底是描述什么物理现象的呢热力学第二定律热力学第二定律定义定义 热力学第二定律常见的两种表述：热力学第二定律常见的两种表述：（1）按热传递的方向性来表述：不可按热传递的方向性来表述：不可能使热量从低温物体传到高温物体，而不引能使热量从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化（起其他变化（克劳修斯表述克劳修斯表述）（2）按机械能与内能转化过程的方向按机械能与内能转化过程的方向性来表述：不可能从单一热源吸收热量并把性来表述：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化（它全部用来做功，而不引起其他变化（开开尔文表述尔文表述）热力学第二定律定义热力学第二定律定义 热力学第二定律常见的两种表述：热力学第二定律常见的两种表述：物理意义物理意义1.两种表述是等价的两种表述是等价的 可以从一种表述导出另一种表述，两可以从一种表述导出另一种表述，两种表述都称为热力学第二定律种表述都称为热力学第二定律2.热力学第二定律使人们认识到热力学第二定律使人们认识到,自然界中自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。它揭示了大量分子参与的宏观过程的性。它揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性，是成为独立于热力学第一定律的方向性，是成为独立于热力学第一定律的一个重要的自然规律。一个重要的自然规律。物理意义物理意义1.两种表述是等价的两种表述是等价的2.热力学第二定律使人们认识到热力学第二定律使人们认识到,5.有序、无序和熵有序、无序和熵第二章第二章 能量的守恒与耗散能量的守恒与耗散5.有序、无序和熵第二章有序、无序和熵第二章 能量的守恒与耗散能量的守恒与耗散1.知识与能力知识与能力 知道在涉及热现象的宏观过程中的能量耗散知道在涉及热现象的宏观过程中的能量耗散与退化现象与退化现象 了解熵以及熵增加原理的物理意义了解熵以及熵增加原理的物理意义2.过程与方法过程与方法 能用热力学第二定律和熵增加原理解释现象能用热力学第二定律和熵增加原理解释现象了解热力学温度的规定了解热力学温度的规定教学目标教学目标1.知识与能力知识与能力 知道在涉及热现象的宏观过程中的能量耗散与退知道在涉及热现象的宏观过程中的能量耗散与退3.情感态度与价值观情感态度与价值观 能用熵增加原理解释身边一些简能用熵增加原理解释身边一些简单的现象。单的现象。培养热爱生活的情趣培养热爱生活的情趣3.情感态度与价值观情感态度与价值观 能用熵增加原理解释身边一些简单的现象能用熵增加原理解释身边一些简单的现象熵及熵增加原理的物理意义熵及熵增加原理的物理意义利用熵增加原理解释一些简单的物理现象利用熵增加原理解释一些简单的物理现象教学重难点教学重难点重点重点难点难点熵及熵增加原理的物理意义利用熵增加原理解释一些简单的物理现象熵及熵增加原理的物理意义利用熵增加原理解释一些简单的物理现象2绝对零度不可能达到绝对零度不可能达到1能量的耗散与退化能量的耗散与退化3熵增加原理熵增加原理本节导航本节导航4、有序向无序的转化、有序向无序的转化2绝对零度不可能达到绝对零度不可能达到1能量的耗散与退化能量的耗散与退化3熵增加原理本节熵增加原理本节1.能量的耗散与退化能量的耗散与退化1.能量的耗散与退化能量的耗散与退化 自然界中的种种变化，自然界中的种种变化，能量的总值虽然不变，但能量的总值虽然不变，但是能量可被利用的价值却是能量可被利用的价值却是越来越小，即能量的品是越来越小，即能量的品质在逐渐降级。质在逐渐降级。开尔文（开尔文（1824-1907）毕业）毕业于剑桥大学聘为格拉斯哥于剑桥大学聘为格拉斯哥大学自然哲学教授长达大学自然哲学教授长达50年，曾任法国科学院院士，年，曾任法国科学院院士，英国皇家学会会长英国皇家学会会长引入引入 自然界中的种种变化，能量的总值虽然不变，但是能自然界中的种种变化，能量的总值虽然不变，但是能 对于我们来说，内能对于我们来说，内能不如机械能、电能好用，不如机械能、电能好用，只能部分用于做功，总有只能部分用于做功，总有一部分内能散发到低温环一部分内能散发到低温环境中，因此，内能是一种境中，因此，内能是一种低品质的能，当其他能量低品质的能，当其他能量转化为内能时，能量的品转化为内能时，能量的品质就降低了。质就降低了。实际问题实际问题 对于我们来说，内能不如机械能、电能好用，只能对于我们来说，内能不如机械能、电能好用，只能燃料燃料热机热机机械功机械功利用价利用价值高的值高的能量能量利用价值低利用价值低的能量的能量能量的品质能量的品质“退化退化”燃料热机机械功利用价值高的能量利用价值低的能量能量的品质燃料热机机械功利用价值高的能量利用价值低的能量能量的品质“退退 当我们使用地球上的能当我们使用地球上的能源时，并不会减少地球上源时，并不会减少地球上的能量，而是将能量中高的能量，而是将能量中高度有用的能量形式降低为度有用的能量形式降低为不大可用的能量形式。不大可用的能量形式。当我们使用地球上的能源时，并不会减少地球上的能当我们使用地球上的能源时，并不会减少地球上的能名词解释名词解释 1.能量耗散：流散的内能无法重新收集能量耗散：流散的内能无法重新收集起来加以利用的现象叫做能量耗散起来加以利用的现象叫做能量耗散 2.能量耗散从能量转化的角度反映出自能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性然界中的宏观过程具有方向性名词解释名词解释 1.能量耗散：流散的内能无法重新收集能量耗散：流散的内能无法重新收集2绝对零度不绝对零度不可能达到可能达到2绝对零度不可能达到绝对零度不可能达到宇宙中存在着温度的下限宇宙中存在着温度的下限273.15，以这个下限为起点的温度叫做绝对温度，以这个下限为起点的温度叫做绝对温度，用用T表示，单位是开尔文，符号是表示，单位是开尔文，符号是K.绝对绝对温度温度T和摄氏温度和摄氏温度t之间的换算关系是之间的换算关系是T=t+273.15K对大量事实分析表明：热力学零度不可达对大量事实分析表明：热力学零度不可达到。这个结论称为热力学第三定律到。这个结论称为热力学第三定律.知识点知识点宇宙中存在着温度的下限宇宙中存在着温度的下限273.15，以这个下限为起点，以这个下限为起点 尽管热力学零度不可能达到，但是只尽管热力学零度不可能达到，但是只要温度不是绝对零度就有可能降低要温度不是绝对零度就有可能降低.因此，因此，热力学第三定律不阻止人们想办法尽可能热力学第三定律不阻止人们想办法尽可能地接近绝对零度。地接近绝对零度。尽管热力学零度不可能达到，但是只要温度不是绝对零度就尽管热力学零度不可能达到，但是只要温度不是绝对零度就3.熵增加原理熵增加原理3.熵增加原理熵增加原理 我我们知道，知道，热力学第二定律有力学第二定律有许多表述形式，因此我多表述形式，因此我们也可以将它表也可以将它表述述为任何孤立的系任何孤立的系统，它的，它的总熵永永远不会减少。即自然界的一切自不会减少。即自然界的一切自发过程，程，总是朝着是朝着熵增加的方向增加的方向进行的，行的，这个个就是就是熵增加原理增加原理。名词解释名词解释熵增加原理熵增加原理 我们知道，热力学第二定律有许多表述形式，因此我们也可我们知道，热力学第二定律有许多表述形式，因此我们也可孤立系统：孤立系统：与外界与外界没有物质交换。热交换，与没有物质交换。热交换，与外界也没有力的相互作用、外界也没有力的相互作用、电磁作用的系统。即强调了电磁作用的系统。即强调了自发性。自发性。名词解释名词解释孤立系统：孤立系统：与外界没有物质交换。热交换，与外界也没有力与外界没有物质交换。热交换，与外界也没有力名词解释名词解释熵：熵：表示孤立系统内能量的耗表示孤立系统内能量的耗散和退化程度。一个系统的熵越散和退化程度。一个系统的熵越大，就越接近平衡状态，就越不大，就越接近平衡状态，就越不已转化。已转化。名词解释熵：表示孤立系统内能量的耗散和退化程度。一个系统的熵名词解释熵：表示孤立系统内能量的耗散和退化程度。一个系统的熵可爱的熵可爱的熵 物理学中有个熵定律，也就是著名的热力学第二物理学中有个熵定律，也就是著名的热力学第二定律。定律。“熵熵”的名称是由德国物理学家道尔夫的名称是由德国物理学家道尔夫克劳修斯克劳修斯于于1868年造出来的，它代表着宇宙中不能再被转化做年造出来的，它代表着宇宙中不能再被转化做功的能量的总和的测定单位，即熵的增加表示宇宙物功的能量的总和的测定单位，即熵的增加表示宇宙物质的日益混乱和无序，是无效能量的总和。熵本身既质的日益混乱和无序，是无效能量的总和。熵本身既不是好事，也不是坏事；它意味着腐败和混乱，但它不是好事，也不是坏事；它意味着腐败和混乱，但它同时也意味着生命本身的展开同时也意味着生命本身的展开不论是有机的，还不论是有机的，还是无机的生命。是无机的生命。可爱的熵可爱的熵卡农、乔治卡农、乔治梅特勒的大爆炸学说也认为，宇梅特勒的大爆炸学说也认为，宇宙是以有序的状态开始，不断地向无序状态宙是以有序的状态开始，不断地向无序状态发展，它与热力学第二定律是相符的。热力发展，它与热力学第二定律是相符的。热力学第一定律说明能量是守恒的、不灭的，只学第一定律说明能量是守恒的、不灭的，只能从一种形式转变到另一种形式；热力学第能从一种形式转变到另一种形式；热力学第二定律（熵定律）却表明：能量不可逆转地二定律（熵定律）却表明：能量不可逆转地沿着一个方向转化，即从对人类来说是可利沿着一个方向转化，即从对人类来说是可利用的变为不可利用的状态。用的变为不可利用的状态。有效能量告罄时，是有效能量告罄时，是“热寂热寂”死寂死寂的热平衡状态。的热平衡状态。卡农、乔治卡农、乔治梅特勒的大爆炸学说也认为，宇宙是以有序的状态开始梅特勒的大爆炸学说也认为，宇宙是以有序的状态开始 有效物质耗尽时，是一片有效物质耗尽时，是一片“物质混乱物质混乱”整个宇宙的大混乱和大混沌。古罗马诗人贺拉斯整个宇宙的大混乱和大混沌。古罗马诗人贺拉斯说：说：“时间磨灭了世界的价值！时间磨灭了世界的价值！”可谓一语道破可谓一语道破了熵定律的真谛。物理学家们认为，熵定律是物了熵定律的真谛。物理学家们认为，熵定律是物质世界的最终定律，人类参与的每一项物质活动质世界的最终定律，人类参与的每一项物质活动都受到热力学第一、第二定律的严密制约；但是，都受到热力学第一、第二定律的严密制约；但是，他们又认为熵定律只涉及物质世界，只控制时空他们又认为熵定律只涉及物质世界，只控制时空的横向世界，人类的精神世界并不受熵定律的专的横向世界，人类的精神世界并不受熵定律的专制统治！制统治！所以，生命的现象是宇宙洪流中的一股逆流！所以，生命的现象是宇宙洪流中的一股逆流！人类精神的无限发展，是不可抗拒的熵增大长河人类精神的无限发展，是不可抗拒的熵增大长河中的一条逆流之舟！中的一条逆流之舟！有效物质耗尽时，是一片有效物质耗尽时，是一片“物质混乱物质混乱”整个宇整个宇4.有序向无序的转化有序向无序的转化4.有序向无序的转化有序向无序的转化有序向无序的转化有序向无序的转化热传递热传递温度的温度的“不均匀不均匀”“均均匀匀”气体膨胀气体膨胀气体分子密集程度的气体分子密集程度的“不均匀不均匀”“均匀均匀”“不均匀不均匀”有序有序 “均匀均匀”无无序序系统自发的过程总是从有序到无序的。系统自发的过程总是从有序到无序的。熵是表征系统的无序程度的物理量，熵越大，系熵是表征系统的无序程度的物理量，熵越大，系统的无序程度越高。统的无序程度越高。有序向无序的转化热传递温度的有序向无序的转化热传递温度的“不均匀不均匀”“均匀均匀”气体膨胀气气体膨胀气1.能量的消耗与退化能量的消耗与退化将能量中高度有用的能量形式降低为不大可用的能将能量中高度有用的能量形式降低为不大可用的能量形式量形式2.绝对零度不能达到绝对零度不能达到热力学第三定律：绝对零度不能达到热力学第三定律：绝对零度不能达到3.熵增加原理熵增加原理一个系统的熵越大，就越接近平衡状态，就越不已一个系统的熵越大，就越接近平衡状态，就越不已转化转化4.有序向无序的转化有序向无序的转化系统自发的过程总是从有序到无序的。系统自发的过程总是从有序到无序的。课堂小结课堂小结1.能量的消耗与退化课堂小结能量的消耗与退化课堂小结1.其他形式的能转化为内能是其他形式的能转化为内能是课堂练习课堂练习能量品质降低能量品质降低2.当我们使用地球上的能源时，并不会减少地球上当我们使用地球上的能源时，并不会减少地球上的能量，而是将能量中的能量，而是将能量中 降降低为低为 。高度有用的能量形式高度有用的能量形式不大可用的能量形式不大可用的能量形式3.绝对零度指的是绝对零度指的是 ，实验室能，实验室能否达到这个温度？否达到这个温度？273.15不能不能1.其他形式的能转化为内能是课堂练习能量品质降低其他形式的能转化为内能是课堂练习能量品质降低2.当我们使当我们使4.下列关于热力学第三定律的表述正确的是（下列关于热力学第三定律的表述正确的是（）A热力学零度不可达到热力学零度不可达到B不可能使热量由低温物体传递到高温物体，不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化而不引起其他变化C其数学表达式是其数学表达式是U=Q+WD能量在转化或转移的过程中总量保持不变能量在转化或转移的过程中总量保持不变B表述的是热力学第二定律；表述的是热力学第二定律；C表述的是热力学表述的是热力学第一定律；第一定律；D表述的是能量守恒定律表述的是能量守恒定律A4.下列关于热力学第三定律的表述正确的是（下列关于热力学第三定律的表述正确的是（）B表述的表述的5.能量耗散是从能量耗散是从_角度反映出自然界中的宏观角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性过程具有方向性热现象热现象6.热力学第二定律使人们认识到，自然界中进行的涉及热力学第二定律使人们认识到，自然界中进行的涉及_现象的宏观过程都具有现象的宏观过程都具有_性，例如机性，例如机械能可以械能可以_转化为内能，但内能转化为内能，但内能_全部转全部转化为机械能，而不引起其他变化化为机械能，而不引起其他变化 热热方向方向全部全部不能不能5.能量耗散是从能量耗散是从_角度反映出自然界中的宏观过角度反映出自然界中的宏观过7.冬季利用热泵从大气中抽取热量用以维持冬季利用热泵从大气中抽取热量用以维持15的室温。当室内温度与大气温度相差的室温。当室内温度与大气温度相差1 时，通时，通过墙壁与大气交换的热流量约过墙壁与大气交换的热流量约0.65W/K，求：，求：(1)如果大气温度为一如果大气温度为一15 ，驱动热泵所需的最，驱动热泵所需的最小功率是多少。小功率是多少。(2)夏季，将同一台热泵用于室内空调，热泵输入夏季，将同一台热泵用于室内空调，热泵输入功率及功率及 温差为温差为1 时通过墙壁与大气交换的热量时通过墙壁与大气交换的热量同上。如要维持室温同上。如要维持室温15 ，问最大允许的大气，问最大允许的大气温度是多少度温度是多少度?7.冬季利用热泵从大气中抽取热量用以维持冬季利用热泵从大气中抽取热量用以维持15的室温。当室内的室温。当室内解：解：（1）热泵供给室内的热流量）热泵供给室内的热流量供暖系数供暖系数所需最小功率所需最小功率解：（解：（1）热泵供给室内的热流量供暖系数所需最小功率）热泵供给室内的热流量供暖系数所需最小功率(2)从室内吸热率从室内吸热率可逆制冷机的制冷系数可逆制冷机的制冷系数(2)从室内吸热率可逆制冷机的制冷系数从室内吸热率可逆制冷机的制冷系数有序、无序和熵有序、无序和熵ppt-人教课标版课件人教课标版课件习题解答习题解答 1.解：地球上出现的最高气温是解：地球上出现的最高气温是58摄氏度，摄氏度，最低气温是最低气温是-88摄氏度，最高气温和最低气温摄氏度，最高气温和最低气温相差相差146摄氏度。摄氏度。2.解：根据熵增加原理，自然界的一切自发解：根据熵增加原理，自然界的一切自发过程，总是朝着熵增加的方向进行。而熵是过程，总是朝着熵增加的方向进行。而熵是描述系统无序程度的物理量，熵越大，无序描述系统无序程度的物理量，熵越大，无序程度就越大。所以，熵的增加就意味着系统程度就越大。所以，熵的增加就意味着系统无需程度的增加。这意味着，自然界的一切无需程度的增加。这意味着，自然界的一切自发过程，总是朝着从有序向无需的方向转自发过程，总是朝着从有序向无需的方向转化。例如：燃料的燃烧，气体的扩散，一切化。例如：燃料的燃烧，气体的扩散，一切生命体的产生到消亡，都经历了一个从有序生命体的产生到消亡，都经历了一个从有序到无序的过程。到无序的过程。习题解答习题解答 1.解：地球上出现的最高气温是解：地球上出现的最高气温是58摄摄 3.解：在热传递过程中，热量总是从高解：在热传递过程中，热量总是从高温物体自发的流向低温物体，直到两物体的温物体自发的流向低温物体，直到两物体的温度相同。初始状态，进行热传递的两个物温度相同。初始状态，进行热传递的两个物体所组成的系统温度不同，这个是比较不均体所组成的系统温度不同，这个是比较不均匀的状态，也即比较有序的状态；终了状态，匀的状态，也即比较有序的状态；终了状态，系统的温度相同，这个是比较均匀的状态，系统的温度相同，这个是比较均匀的状态，也即比较无序的状态。所以，热传递使系统也即比较无序的状态。所以，热传递使系统从比较有序的状态向比较无序的状态转化。从比较有序的状态向比较无序的状态转化。这个过程是自发进行的，而自发进行的过程，这个过程是自发进行的，而自发进行的过程，总是朝着熵增加的方向进行，也就是朝着无总是朝着熵增加的方向进行，也就是朝着无序化程度增加的方向进行，所以说，热传递序化程度增加的方向进行，所以说，热传递的过程是一个不可逆的过程。的过程是一个不可逆的过程。3.解：在热传递过程中，热量总是从高温物体解：在热传递过程中，热量总是从高温物体 同样，功变热的过程也是一个不可逆的过同样，功变热的过程也是一个不可逆的过程。这种不可逆性是指功可以全部转化为程。这种不可逆性是指功可以全部转化为热，但是热不能自发地全部转化为功。具热，但是热不能自发地全部转化为功。具有机械能的物体可以说处在一种比较有序有机械能的物体可以说处在一种比较有序的状态，随着功变热过程的进行，能量的的状态，随着功变热过程的进行，能量的品质逐渐下降，物体的无序化程度增加，品质逐渐下降，物体的无序化程度增加，这种从有序自发地向无序的过程，体现了这种从有序自发地向无序的过程，体现了自然过程的方向性，说明了功变热过程的自然过程的方向性，说明了功变热过程的不可逆性。不可逆性。同样，功变热的过程也是一个不可逆的过程。这种不可逆性是指同样，功变热的过程也是一个不可逆的过程。这种不可逆性是指梦想的力量梦想的力量当我充满自信地，朝着梦想的方向迈进当我充满自信地，朝着梦想的方向迈进并且毫不畏惧地，过着我理想中的生活并且毫不畏惧地，过着我理想中的生活成功，会在不期然间忽然降临！成功，会在不期然间忽然降临！梦想的力量当我充满自信地，朝着梦想的方向迈进并且毫不畏惧地，梦想的力量当我充满自信地，朝着梦想的方向迈进并且毫不畏惧地，1 1、聪明出于勤奋，天才在于积累、聪明出于勤奋，天才在于积累。2 2、三更灯火五更鸡，正是男儿读书时。黑发不知三更灯火五更鸡，正是男儿读书时。黑发不知勤学早，白首方悔读书迟。勤学早，白首方悔读书迟。3 3、鸟欲高飞先振翅，人求上进先读书。鸟欲高飞先振翅，人求上进先读书。4、勤学如春起之苗，不见其增，日有所长；辍学、勤学如春起之苗，不见其增，日有所长；辍学如磨刀之石，不见其损，日有所亏。如磨刀之石，不见其损，日有所亏。1、聪明出于勤奋，天才在于积累。、聪明出于勤奋，天才在于积累。