高中物理 热力学第二定律 熵—无序程度的量度课件 鲁科版选修33

高中物理高中物理选修选修3-3鲁科版鲁科版第第3节热力学第二定律节热力学第二定律第第4节熵节熵无序程度的量度无序程度的量度 目标定位1.了解自然过程的方向性2.知道热力学第二定律的表述并能用于解释第二类永动机不可能制成的原因 3了解熵的概念及熵加原理，并能解释生活中的有关现象一、自然过程的方向性1可逆过程和不可逆过程：(1)可逆过程：系统回到原来的状态，同时消除原来过程对外界的 ，则 称为可逆过程(2)不可逆过程：如果用任何方法都不能使 和 完全复原，则原来过程称为 一切影响一切影响原来的过程原来的过程系统系统外界外界不可逆过程不可逆过程2热传导的方向性：(1)热量可以自发地由 物体传给 物体(2)热量不能自发地由 物体传给 物体，而不引起其他变化(3)热传递是 过程，具有 3功和热相互转变的方向性：( 1 ) 功 转 变 为 热 这 一 热 现 象 是 不 可 逆 的 ， 具有 (2)热转变为功这一热现象也是不可逆的，具有 4结论：凡是与热现象有关的宏观过程都具有 高温高温低温低温低温低温高温高温不可逆不可逆方向性方向性方向性方向性方向性方向性方向性方向性二、热力学第二定律的表述1第一种表述(克劳修斯表述)：不可能使热量从低温物体传向高温物体而 其他变化(说明热传导的方向性)2第二种表述(开尔文表述)：不可能从单一热源吸收热量，使之完全变为有用功而 变化(说明机械能与内能转化的方向性)不引起不引起不引起其他不引起其他3第二类永动机不可能制成：(1)第二类永动机是指人们设想的从单一热源吸取热量并使之 而不产生其他影响的机器(2)热力学第二定律也可以表述为： 永动机是不可能制成的完全转化为功完全转化为功第二类第二类三、熵和熵增加原理1定义：用来量度系统 的物理量叫做熵2熵增加原理：在孤立系统中，一切不可逆过程必然朝着 的方向进行孤立系统是指与外界既没有物质交换也没有 交换的系统.无序程度无序程度熵增加熵增加能量能量一、对热力学第二定律的理解1两种表述的实质：(1)克劳修斯表述指明热传递等热学宏观现象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助，其物理实质是揭示了热传递过程是不可逆的(2)开尔文表述中的“单一热源”指温度恒定且均匀的热源“不引起其他变化”是指唯一效果是热量全部转变为功而外界及系统都不发生任何变化其物理实质揭示了热变功过程是不可逆的2热力学第二定律的普遍性：热力学第二定律的每一种表述都揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性，进而使人们认识到自然界中一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性，都是不可逆的【例1】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，而不引起其他变化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，而不引起其他变化的热机是可以实现的C制冷系统将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气中，而不引起其他变化D不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化答案AD 解析热力学第二定律揭示了与热现象有关的物理过程的方向性，机械能和内能的转化过程具有方向性，机械能可以全部转化为内能，而内能要转化为机械能必须借助外部的帮助，即会引起其他变化，A选项正确、B选项错误；热传递过程也具有方向性，热量能自发地从高温物体传给低温物体，但是热量要从低温物体传到高温物体，必然要引起其他变化(外界对系统做功)，故C选项错误、D选项正确 借题发挥(1)一切物理过程均遵守能量转化与守恒定律，但遵守能量守恒的物理过程不一定均能实现 (2)热力学第二定律的关键在于“自发性”和“方向性”针对训练关于空调机，下列说法正确的是()A制冷空调机工作时，热量从低温物体传到高温物体B制暖空调机工作时，热量从高温物体传到低温物体C冷暖空调机工作时，热量既可以从低温物体传到高温物体，也可以从高温物体传到低温物体D冷暖空调机工作时，热量只能从低温物体传到高温物体答案ABC解析空调机工作时，热量可以从低温物体传到高温物体，因为这里有外界做功二、两个热力学定律及两类永动机的比较1两个定律比较：热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的具体表现形式，在转化的过程中，总的能量不变热力学第二定律是指在有限的时间和空间内，一切和热现象有关的物理过程、化学过程具有不可逆性2两类永动机的比较：第一类永动机：不消耗任何能量，可以不断做功(或只给予很小的能量启动后，可以永远运动下去)它违背了能量守恒定律第二类永动机：将内能全部转化为机械能，而不引起其他变化(或只有一个热源，实现内能与机械能的转化)它违背了热力学第二定律【例2】下列说法正确的是()A物体吸收热量，其温度一定升高B热量只能从高温物体向低温物体传递C遵守热力学第一定律的过程一定能实现D做功和热传递是改变物体内能的两种方式答案D解析物体吸热，温度不一定升高，A错热量只能自发地从高温物体向低温物体传递，B错遵守热力学第一定律的过程不一定能实现，C错应选D. 借题发挥热力学第一定律和热力学第二定律的应用技巧 (1)应用热力学第一定律，一定要考虑改变物体内能的两种方式，只有做功和热传递两方面都确定，才能确定物体内能的变化 (2)热力学第二定律的理解，关键是对热现象宏观过程的方向性的理解，要抓住“自发”和“不引起其他变化”等所表述的物理意义【例3】第二类永动机不可能制成的原因是()A违背了能量守恒定律B热量总是从高温物体传递到低温物体C机械能不能全部转化为内能D内能不能全部转化为机械能而不引起其他变化答案D解析第二类永动机的设想并不违背能量守恒定律，但是违背了热力学第二定律，所以不可能制成 借题发挥凡是与热现象有关的宏观过程都具有方向性，机械能可全部转化成内能，而内能不能全部转化成机械能，而不引起其他变化三、对熵和熵增加原理的理解1对熵的理解：(1)熵是反映系统无序程度的物理量，系统越混乱，无序程度越大，这个系统的熵就越大(2)在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小，如果过程可逆，则熵不变；如果过程不可逆，则熵增加2对熵增加原理的理解：(1)对于孤立的热力学系统而言，所发生的是由非平衡态向着平衡态的变化过程，因此，总是朝着熵增加的方向进行或者说，一个孤立系统的熵永远不会减小这就是熵增加原理(2)从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律，一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，熵值越大代表着越无序，所以自发的宏观过程总是向无序程度更大的方向发展【例4】下列关于熵的观点中正确的是()A熵越大，系统的无序度越大B对于一个不可逆绝热过程，其熵总不会减小C气体向真空扩散时，熵值减小D自然过程中熵总是增加的，是因为通向无序的渠道要比通向有序的渠道多得多答案ABD 解析熵是系统内分子运动无序性的量度，熵越大，其无序度越大，选项A正确；一个不可逆绝热过程，其宏观状态对应微观态数目增大，其熵会增加，不会减小，选项B正确；气体向真空中扩散，无序度增大，熵值增大，选项C错误；自然过程中，无序程度较大的宏观态出现的概率大，因而通向无序的渠道多，选项D正确 借题发挥热力学第二定律的微观本质是一切不可逆过程总是沿着大量分子热运动无序程度增大的方向进行 (1)这说明一切涉及热现象的宏观过程是不可逆的，具有方向性 (2)熵增加原理是对自然过程的一种限制 (3)对于任何自然过程，总能量必定守恒，总熵必定增加.