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第4节热力学第二定律,学习目标1了解热传递、扩散现象、机械能与内能的转化等都具有方向性。知道具有方向性的过程为不可逆的。2了解热力学第二定律的两种表述，并能用热力学第二定律解释第二类永动机不能制造成功的原因。3能用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移及方向性问题。4尝试运用热力学第二定律解决一些实际问题。,一、热力学第二定律的一种表述1热传导的方向性：一切与热现象有关的宏观自然过程都是_。2克劳修斯表述：德国物理学家克劳修斯在1850年提出：热量不能自发地从_物体传到_物体。热力学第二定律的克劳修斯表述，阐述的是传热的_。,不可逆的,低温,高温,方向性,自主思考判一判1(1)一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。()(2)热量不会从低温物体传给高温物体。()(3)由冰箱能自发地把热量从低温物体传给高温物体。(),二、热力学第二定律的另一种表述1热机(1)热机工作的两个阶段：第一个阶段是燃烧燃料，把燃料中的_变成工作物质的_。第二个阶段是工作物质对外_，把自己的内能变成_。(2)热机的效率：热机输出的_与燃料产生的_的比值。用公式表示为,2开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之_，而不产生其他影响。(该表述阐述了机械能与内能转化的方向性),化学能,内能,做功,机械能,机械功W,热量Q,完全变成功,3热力学第二定律的其他描述(1)一切宏观自然过程的进行都具有_。(2)气体向真空的自由膨胀是_的。(3)第二类永动机是不可能制成的。4第二类永动机(1)定义：只从单一热库吸收热量，使之完全变为功而不引起其他变化的热机。,方向性,不可逆,(2)第二类永动机不可能制成的原因：虽然第二类永动机不违反_，但大量的事实证明，在任何情况下，热机都不可能只有一个热库，热机要不断地把吸取的热量变为有用的功，就不可避免地将一部分热量传给低温热库。自主思考判一判2(1)可以从单一热库吸收热量，使之完全变为功。()(2)第二类永动机违背了能量守恒定律。()(3)第二类永动机违背了热力学第二定律。(),能量守恒定律,制冷机是使热量从低温物体传到高温物体的装置，通过制冷机的工作可以使一定空间内的物体温度低于环境温度并维持低温状态。夏天，将房间内一台正在工作的电冰箱的门打开，试分析这是否可以降低室内的平均温度？为什么？提示不会降低室内的平均温度。若将一台正在工作的电冰箱的门打开，尽管可以不断向室内释放冷气，但同时冰箱的箱体向室内散热，就整个房间来说，由于外界通过导线不断有能量输入，室内的平均温度会不断升高。,考点一热力学第二定律1对热力学第二定律的理解在热力学第二定律的表述中，正确地理解“自发地”“不产生其他影响”的确切含义是理解热力学第二定律的关键所在。(1)“自发地”过程就是不受外来干扰进行的自然过程，如重物下落、植物的开花结果等都是自然界客观存在的一些过程，它不受外界干扰。在热传递过程中，热量可以自发地从高温物体传向低温物体，却不能自发地从低温物体传向高温物体。,要将热量从低温物体传向高温物体，必须有“对外界的影响或有外界的帮助”，就是要有外界对其做功才能完成。电冰箱就是一例，它是靠电流做功的帮助把热量从低温处“搬”到高温处的。(2)“不产生其他影响”的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响。如吸热、放热、做功等。2热力学第二定律的实质热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，进而使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。,3对热力学第二定律的两种表述等价性的证明两种表述是等价的，即一个说法是正确的，另一个说法也必然是正确的；如一个说法是错误的，另一个说法必然是不成立的。下面给出证明：设表述(1)不成立，低温热库T2可以自发地向高温热库T1传递热量Q2，如图1041所示。那么，我们可在高温热库T1和低温热库T2之间设置一热机，使它从高温热库吸收热量Q1，对外做功W，并把热量Q2传递给低温热库。当这一过程完成之时，低温热库由于吸热和放热相等，没有引起其他变化。,高温热库放出热量Q1大于吸收热量Q2，热机对外做功WQ1Q2，相当于高温热库放出的热量全部用来对外做功，且没有引起其他变化，也就是说单一热库所放出的热量全部用来做功。这显然是违反表述(2)的，即凡违反表达(1)的说法，必然违反表述(2)。反之，也可以证明，凡违反表述(2)的，也必然违反表述(1)。,图1041,例1随着世界经济的快速发展，能源短缺问题日显突出。近期油价不断攀升，已对各国人民的日常生活造成了各种影响，如排长队等待加油的情景已经多次在世界各地发生。能源成为困扰世界经济发展的重大难题之一。下列有关能量转化的说法中正确的是A不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他的变化B只要对内燃机不断改进，就可以把内燃机得到的全部内能转化为机械能C满足能量守恒定律的物理过程都能自发地进行D外界对物体做功，物体的内能必然增加,【审题指导】解答此题时应注意以下三点：(1)注意热力学第二定律的克劳修斯表述及开尔文表述的完整性，不能断章取义。(2)热力学第一定律与热力学第二定律的区别与联系。(3)内能改变的两种方式。,【解析】由热力学第二定律的开尔文表述可知A对；热机效率总低于100%，B错；满足能量守恒的物理过程未必能自发进行，任何过程一定满足热力学第二定律，C错；由热力学第一定律UWQ可知，W0，U不一定大于0，即内能不一定增加，D错。【答案】A,名师点拨热力学第二定律的理解(1)理解热力学第二定律的实质，即自然界中进行的所有涉及热现象的宏观自然过程都具有方向性。(2)理解的关键在于“自发”和“不产生其他影响”。,1对热力学第二定律的理解，下列说法正确的是A热量不能由低温物体传递到高温物体B外界对物体做功，物体的内能必定增加C第二类永动机不可能制成，是因为违反了能量守恒定律D不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化,解析根据热力学第二定律，热量不能自发地由低温物体传递到高温物体，但在一定条件下，热量可以由低温物体传递到高温物体，例如电冰箱的工作过程，故选项A错误；根据热力学第一定律，物体内能的变化取决于吸收或放出的热量和做功的正负两个因素，所以选项B错误；第二类永动机不违反能量守恒定律，而违反了热力学第二定律，选项C错误；选项D是热力学第二定律的表述形式之一，是正确的。答案D,2(多选)下列关于热传导的说法中，正确的是A热量只能从高温物体流向低温物体，而不能从低温物体流向高温物体B热量可以从低温物体传递给高温物体C热量可以有条件地从低温物体传递给高温物体，只要低温物体内能足够大D热量可以有条件地从低温物体流向高温物体，条件是外界必须做功,解析克劳修斯表述并没有排除热量由低温物体流向高温物体A错；说法B比较笼统，但并无错误；说法C对条件的解释有错误，热量的流向与物体内能无直接关系，C错。说法D正确。答案BD,考点二第二类永动机1热机(1)热机：热机是把内能转化成机械能的一种装置。如蒸汽机把水蒸气的内能转化为机械能；内燃机是把燃烧后的高温高压气体的内能转化为机械能。(2)热机的工作原理。工作物质从热库吸收热量Q1，推动活塞做功W，然后排出废气，同时把热量Q2散发到冷凝器或大气中。根据能量守恒有Q1WQ2。,因热机工作时，总要向冷凝器散热，不可避免地要释放一部分热量Q2，所以总有Q1W。热机的效率不可能达到100%，即使是理想热机，没有摩擦，也没有漏气等能量损失，它也不可能把吸收的热量百分之百地转化为机械能，总要有一部分热量散发到冷凝器或大气中。2第二类永动机(1)第二类永动机。只从单一热库吸收热量，使之完全变为有用的功而不引起其他变化的热机。(2)第二类永动机不可能制成。,这类机器虽然不违背能量守恒定律，但因为机械能和内能的转化过程是有方向性的，热机工作时从高温热库吸收的热量Q，只有一部分用来做功W，转变为机械能，另一部分热量要排放给低温热库。也就是说，热机在工作过程中必然排出部分热量，热机用于做机械功的热量仅是它从高温热库吸收热量的一部分，绝不会是全部，所以第二类永动机是不可能制成的。从上面的分析可知，即使没有任何漏气、摩擦、不必要的散热等损失，也总有WQ，所以热机的效率总达不到100%，汽车发动机的效率一般在20%30%，燃气轮机的效率较高，可达60%左右。(3)热力学第二定律还可表述为第二类永动机不可能制成。,3两类永动机的比较,例2(多选)关于第二类永动机，下列说法正确的是A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的叫作第二类永动机B第二类永动机违反了能量守恒定律，所以不可能制成C第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能却不可能全部转化为机械能D第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能却不可能全部转化为机械能，同时不引起其他变化,【解析】根据第二类永动机的定义可知选项A正确。第二类永动机不违反能量守恒定律，但是违反热力学第二定律，所以选项B错误。机械能可以全部转化为内能，内能在引起其他变化时可能全部转化为机械能，选项C错误，选项D正确。【答案】AD,名师点拨虽然第二类永动机不违反能量守恒定律，但大量的事实证明，在任何情况下，热机都不可能只有一个热源，热机要不断地把吸取的热量变为有用的功，就不可避免地将一部分热量传给低温热源。所以第二类永动机不可能制成，因为它违背了热力学第二定律。,3下列说法正确的是A第二类永动机违背了能量守恒定律B第二类永动机违背了热力学第二定律C根据能量守恒定律，经过不断的技术改造，热机的效率有可能达到100%D电冰箱和空调机工作时，热量从低温热源传到高温热源，违背了热力学第二定律,解析第二类永动机没有违背能量守恒定律，但违背了热力学第二定律，A错误，B正确；热机的效率永远小于100%，因为要向低温热源散热，C错误；电冰箱和空调机工作时，是通过压缩机做功，来实现热量从低温热源到高温热源的传递，所以并没有违背热力学第二定律，D错误。答案B,4汽车内燃机汽缸内汽油燃烧时，气体体积膨胀推动活塞对外做功。已知在某次对外做功的冲程中，汽油燃烧释放的化学能为1103J，因尾气排放、汽缸发热等对外散失的热量为8102J。该内燃机的效率为_。随着科技的进步，可设法减少热量的损失，则内燃机的效率能不断提高，其效率_(选填“有可能”或“仍不可能”)达到100%。,答案20%仍不可能,
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