10.4热力学第二定律

,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,Click to edit Master title style,physic,10.4,热力学第二定律,问题,热力学第一定律告诉我们：,在一切热力学过程中能量必须守恒。,满足能量守恒的过程是否都能实现呢？,思考与讨论：,P57,结论,1.,热量自动地由高温物体向低温物体传递的过程是不可逆的。,结论,2.,扩散现象进行是有方向的,过程是不可逆的。,结论,3.,功可以自动转化为热，但热却不能自动转化为功。通过摩擦而使功转变为热的过程是不可逆的。,结论,4.,气体膨胀,(,绝热自由膨胀,),的过程是不可逆的。,结论：无数事实告诉我们：凡是实际的过程，只要涉及热现象，如热传递、气体的膨胀、扩散、有摩擦的机械运动,都有特定方向。也就是说，,一切与热现象有关的宏观自然过程都是,不可逆,的。,热力学第二定律：,反映宏观自然过程的方向性的定律,克劳修斯表述指明热传递的方向性。,理解：,（,1,）克劳修斯表述：热量不能,自发地,从低温物体传到高温物体,.,一、热力学第二定律的一种表述,高温,低温,当两个物体接触时，不需要第三者介入、不会对任何第三者产生影响，热量就能从一个物体传递到另外一个物体。,自发：,低温,高温,自发,自发,电冰箱的内部温度比外部温度低，为什么致冷系统还能不断地把箱内热量传给外界的空气？,电冰箱工作时违反热力学第二定律吗？,贮藏的食品,大气,电冰箱制冷系统,热量,热量,电源,做功,要实现从低温物体向高温物体传递热量，必须有第三者的介入，因而产生其它影响或引起其它变化。,热机,：是一种把,内能,转化为,机械能,的装置。,(,汽油机、柴油机、蒸汽轮机、喷气发动机等）,一阶段：,燃料燃烧产生热量,Q,1,（高温热源）,（,燃料中化学能转化为工作物质的内能,）,二阶段：,推动活塞对外做功,W,（,工作物质内能变成机械能,）,热机能流图,燃料产生的热量,Q,输出机械功,W,漏气热损,散热热损,摩擦热损,工作原理和过程：,效率,：由能量守恒定律知道,Q,1,=,W,+,Q,2,热机的效率：,高温热库,低温热库,Q,1,Q,2,对外做功,热机,W,热机的效率小于,100%,，即,不可能把从高温热源吸收的热量全部转化为机械能,，总有一部分热量散发到冷凝器或大气中。,热机工作时的能流分配,开尔文表述：,不可能从单一热源吸取热量，使之完全变成功而，而不产生其他影响。,二、热力学第二定律的另一种表述,开尔文表述揭示机械能与内能转化方向性,机械能可以全部转化为内能，而内能无法全部用来做功以转换成机械能而不产生其他影响。,定律的两种表述,克劳修斯表述：,热量不会自发地从低温物体传到高温物体（,即,不可能将热量从低温物体传到高温物体而不引起其它变化,）。,开尔文表述：,不可能从单一热源吸取热量，使它完全变成功，而不引起其它变化。,热力学第二定律的两种表述形式：,1.,两种表述是等价的,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,2.,对任何一类宏观过程进行方向的说明，都可以作为热力学第二定律的表述，例如：,气体向真空的自由膨胀是不可逆的,。,3.,热力学第二定律的意义,提示了有大量分子参与的宏观过程的,方向性,，是独立于热力学第一定律的一个重要自然规律,理解：,问题：,任何物体都具有内能，在地球上贮存量十分丰富的海水总质量约达,1.410,18,吨，它的温度只要降低,1,，就能释放相当于,1800,万个功率为,100,万千瓦的核电站一年的发电量，足够全世界使用,4000,年。而人类都不能利用这种“新能源”，其原因是什么？你能用热学定律来解释吗？,三、第二类永动机,第二类永动机：,能够从单一热源吸收热量，全部用来做功而不引起其他变化的热机。,第二类永动机不可能制成！,表示机械能和内能的转化过程具有方向性尽管机械能可以全部转化为内能，内能却不能全部转化成机械能，同时不引起其他变化,第一类永动机和第二类永动机,它们都不可能制成，第一类永动机的设想违反了能量守恒定律；第二类永动机的设想虽不违反能量守恒定律，但违背了跟热现象相联系的宏观自然过程具有方向性的规律（热力学第二定律）。,热力学第二定律的另一种表述：,第二类永动机不可能制成。,小结：,例,1.,下列说法正确的是,(),A,在自然条件下，热传递的过程是不可逆的,B,热量不可能由高温物体传递给低温物体,C,气体的扩散过程具有方向性,D,一切形式能量转化都不具有方向性,ACEF,E,我们可以利用高科技手段，将流散到周围环境中的内能重新收集起来加以利用,F,利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能，这在原理上是可行的,例,2.,根据热力学第二定律，可知下列说法中正确的是（）,A,不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其它变化,B,没有冷凝器，只有单一的热源，能将从单一热源吸收的热量全部用来做功，而不引起其它的变化的热机是可实现的,C,致冷系统能将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气中而不引起其它变化,D,不可能使热量由低温物体传递到高温物体,A,