资源描述
第4讲 热力学第二定律,目标定位 1.通过自然界中客观过程的方向性，了解热力学第二定律. 2.了解热力学第二定律的两种不同表述，以及两种表述的物理实质. 3.了解什么是第二类永动机，知道为什么它不能制成.,预习导学 梳理识记点拨,1.一切与热现象有关的宏观自然过程都是 的.如物体间的传热、气体的膨胀、扩散都有特定的 . 2.反映宏观自然过程 的定律就是热力学第二定律.,一、热力学第二定律,不可逆,方向性,方向性,二、热力学第二定律的两种表述,1.克劳修斯表述：热量不能 地从 温物体传到 温物体. 2.开尔文表述：不可能从 热库吸收热量，使之 变成功，而 其他影响.,自发,低,高,单一,完全,不产生,三、热机,1.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 .热机的效率不可能达到100%. 2.第二类永动机：只有 热源，从单一热源吸收热量，可以 用来做功的热机叫第二类永动机，它不违背 ，但违背 ，所以 实现.,机械功,热量,单一,全部,能量守恒定律,热力学第二定律,不能,课堂讲义 理解深化探究,一、宏观过程的方向性,1.热传导具有方向性：两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，结果使高温物体的温度降低，低温物体的温度升高. 2.气体的扩散现象具有方向性：两种不同的气体可以自发地进入对方，最后成为均匀的混合气体，但这种均匀的混合气体，决不会自发地分开，成为两种不同的气体.,3.机械能和内能的转化过程具有方向性：物体在水平面上运动，因摩擦而逐渐停止下来，但绝不可能出现物体吸收原来传递出去的热量后，在地面上重新运动起来. 4.气体向真空膨胀具有方向性：气体可自发地向真空容器膨胀，但绝不可能出现气体自发地从容器中流出，容器变为真空.,5.在整个自然界中，无论有生命的还是无生命的，所有的宏观自发过程都具有单向性，都有一定的方向性，都是一种不可逆过程.,例1 下列说法正确的是( ) A.热量能自发地从高温物体传给低温物体 B.热量不能从低温物体传到高温物体 C.热传递是有方向性的 D.气体向真空中膨胀的过程是有方向性的,解析 如果是自发地进行，热量只能从高温物体传到低温物体，但这并不是说热量不能从低温物体传到高温物体，只是不能自发地进行，在外界条件的帮助下，热量也能从低温物体传到高温物体，A、C对，B错； 气体向真空中膨胀的过程也是不可逆，具有方向性的，D对. 答案 ACD,借题发挥 两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，使高温物体的温度降低，低温物体的温度升高，这个过程是自发进行的，不需要任何外界的影响或者帮助，有时我们也能实现热量从低温物体传给高温物体，如电冰箱，但这不是自发地进行的，需要消耗电能，其实自然界中所有的热现象都是具有单向性的.,二、热力学第二定律和第二类永动机,1.克劳修斯表述是按热传导的方向性表述的.热量可以由低温物体传到高温物体但不能是自发的，如：冰箱、空调. 2.开尔文表述是按照机械能与内能转化过程的方向性来表述的.不是不能从单一热库吸收热量而对外做功，而是这样做的结果，一定伴随着其他变化或影响. 3.这两种表述看似毫无联系，其实是等价的，可以从一种表述导出另一种表述.,4.热力学第二定律揭示了自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性. 5.第二类永动机不可能制成，它也是热力学第二定律的一种表述形式. 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.,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 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,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. 答案 AD,借题发挥 (1)一切物理过程均遵守能量守恒定律，但遵守能量守恒定律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”.,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,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.,D,对点练习 巩固应用反馈,宏观过程的方向性,1.下列哪个过程具有方向性( ) A.热传导过程 B.机械能向内能的转化过程 C.气体的扩散过程 D.气体向真空中的膨胀,1,2,3,4,解析 这四个过程都是与热现象有关的宏观过程，根据热力学第二定律可知，它们都是不可逆的，具有方向性.,ABCD,2.根据热力学第二定律，下列判断正确的是( ) A.电流的能不可能全部变为内能 B.在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变为电能 C.热机中，燃气内能不可能全部变为机械能 D.在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高 温物体,1,2,3,4,热力学第二定律和第二类永动机,解析 根据热力学第二定律可知，凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，电流的能可全部变为内能(由焦耳定律可知)，而内能不可能全部变成电流的能，而不产生其他影响.机械能可全部变为内能，而内能不可能全部变成机械能.在热传导中，热量只能自发地从高温物体传递给低温物体，而不能自发地从低温物体传递给高温物体. 答案 BCD,1,2,3,4,3.关于热力学第一定律和热力学第二定律，下列论述正确的是( ) A.热力学第一定律指出内能可以与其他形式的能相互转 化，而热力学第二定律则指出内能不可能完全转化为其 他形式的能，故这两条定律是相互矛盾的 B.内能可以全部转化为其他形式的能，只是会产生其他 影响，故两条定律并不矛盾,1,2,3,4,C.两条定律都是有关能量的转化规律，它们不但不矛盾， 而且没有本质区别 D.其实，能量守恒定律已经包含了热力学第一定律和热 力学第二定律,1,2,3,4,解析 热力学第一定律揭示了内能与其他形式能量之间的转化关系，是能量守恒定律在热学中的具体体现.热力,学第二定律则进一步阐明了内能与其他形式能量转化时的方向性，二者表述的角度不同，本质不同，相互补充，并不矛盾，故选项C、D错误，选项B正确；,1,2,3,4,内能在一定条件下可以全部转化为机械能，热量也可以由低温物体传递到高温物体，但是要引起其他变化，如电冰箱制冷机工作还要消耗电能，故选项A错误. 答案 B,4.关于热现象和热学规律，下列说法中正确的是( ) A.随着低温技术的发展，我们可以使温度逐渐降低，并达到 绝对零度，最终实现热机效率100% B.热量是不可能从低温物体传递给高温物体的 C.第二类永动机遵从能量守恒定律，故能制成 D.用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做功2.0105 J，同时空 气向外界放出热量1.5105 J，则空气的内能增加了5104 J,1,2,3,4,解析 由热力学第二定律知，B、C错； 绝对零度不可能达到，A错； 由热力学第一定律知D正确. 答案 D,1,2,3,4,
展开阅读全文