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(共31張PPT)
能量轉化的方向性
想一想
同種能量間能否能發生任意轉移？
任意兩種形式的能量間都能夠發生100%的轉化？
蒸汽機
內燃機
發動機
熱 機
一種能夠將內能轉化為機械能的機械。
蒸汽機
能夠將內能轉化為機械能的機械。
為了實現這一轉化，首先需要一個擁有大量內能的高溫熱源，這些內能可以通過另一個溫度更高的熱源傳遞。
除此之外，人們開始設想，能否從周圍環境的低溫熱源，如空氣、海水中獲得內能，進而傳遞給高溫熱源，使其溫度不斷升高呢？
克勞修斯
（Rudolf Julius Emanuel Clausius）
德國，1822－1888
熱量不能自發地從低溫物體傳遞到高溫物體。
闡述熱傳導的方向性
1 克勞修斯的觀點
熱量不能自發地從低溫物體傳遞到高溫物體。
高溫物體
低溫物體
自發
不需要任何第三者的介入，也不會對任何第三者產生任何影響。
闡述熱傳導的方向性
Q
1 克勞修斯的觀點
室溫下冰塊會化成水
但水無法自發結成冰
熱雞蛋放入冷水中，雞蛋的熱量將自發的傳遞給冷水，雞蛋溫度下降，冷水溫度上升。
但冷水不可能自發的傳遞熱量給雞蛋，使雞蛋的溫度上升，冷水的溫度下降。
想一想
電冰箱在工作時，箱內溫度的確低于箱外溫度，而且還能繼續降溫直到達到設定的溫度。熱量的確從低溫物體傳遞到了高溫物體，那么，這一現象是否與克勞修斯的觀點相違背呢？
想一想
熱量的確從低溫物體傳遞到高溫物體，但這一過程的發生存在第三者的介入：通電后工作的壓縮機。
高溫物體
低溫物體
可以實現
不是自發
想一想
Q
不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體，而不引起其他變化。
闡述熱傳導的方向性
克勞修斯
（Rudolf Julius Emanuel Clausius）
德國，1822－1888
一、熱力學第二定律的克勞修斯表述
熱量不能從低溫物體傳遞到高溫物體而不引起其他變化，但可以自發地從高溫物體傳遞到低溫物體，并能對外做功。那么，是否可以將從高溫物體處獲得的熱量全部轉化為有價值的功，而不再傳遞給低溫物體呢？
想一想
熱機工作時的能流分配圖
W ﹤ Q
熱機工作時的能流分配圖
若想要使W=Q，防止被“浪費”掉的熱量Q2出現，就需要將這部分熱量Q2傳遞的終端，即低溫物體拿走，如此，將只剩下一個熱源，熱傳遞不再發生，也就不存在對外做功了。
由此可見，這部分熱量Q2的“浪費”無法避免。
×
不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化。
開爾文
（Lord Kelvin）
英國，1824—1907
二、熱力學第二定律的開爾文表述
闡述機械能與內能轉化的方向性
二、熱力學第二定律的開爾文表述
內能
機械能
自發且全部轉化
無法自發
且產生其他影響
熱機工作時的能流分配圖
二、熱力學第二定律的開爾文表述
熱機效率η=×100%
η＜100%
熱機工作時的能流分配圖
二、熱力學第二定律的開爾文表述
在19世紀，汽車工業剛起步的幾十年中，當時的效率僅為12%～14%。
隨著科技的進步，當今大部分普通家用汽車的效率在30%～35%，最先進的可達41%，但絕不會達到100%。
三、兩種表述的關系
根據開爾文表述，熱機從高溫熱源吸收Q的熱量，其中Q1的熱量通過對外做功轉化為機械功W，還有Q2的熱量傳遞到低溫熱源。
由這一過程我們可以發現，熱量是可以自發的從高溫物體傳遞到低溫物體，而且這一傳遞是不可避免的。
三、兩種表述的關系
1、克勞修斯表述與開爾文表述是等價的。
2、熱力學第二定律還有其他的等價表述，所有的表述都反映了一切與熱現象相關的宏觀過程的不可逆性。
一滴墨水滴入水杯中，將逐漸擴散，使整杯水均勻的變成紅色。
但墨水分子不會自動的重新凝聚成一滴墨水，而使這杯水重新變清。
搓動雙手，手克服摩擦力做功，將機械能轉化為內能，我們能感覺到手的溫度升高。
但當我們捂熱水袋時，手上增加的內能并不會全部轉化為手的動能，使手不自覺的動起來。
歷史上曾有人想設計出一種機械，能夠將內能完全轉化為機械能。這種機械能否制成？
因為違反了熱力學第二定律，不可能實現。
永動機
四、第二類永動機
熱力學第二定律的開爾文表述也可表示為：
第二類永動機是不可能制成的。
四、第二類永動機
五、能量退降
電動機
電池：化學能→
電能
內能
電動機：電能→
機械能
內能
→內能
最終所有能量均流散在環境中
五、能量退降
1 能量退降
自然界發生的各種變化中，能量的總值雖然保持不變，但能量可被利用的價值卻越來越小，即能量退降了。
五、能量退降
2 節約能源
國家戰略
人人有責
課堂小結
熱力學第二定律
克勞修斯表述
（闡述熱傳導的方向性）
開爾文表述
（闡述機械能與內能轉化的方向性）
第二類永動機不可能制成
能量降退
→ 節約能源
課后作業
【想一想】以下關于利用海水內能做功的說法是否違反熱力學第二定律，并簡述理由。
（1）將海水溫度降低時放出的熱量全部用來做功；
（2）利用海洋中不同深度處海水溫度的差異將海水的內能變成功。
課后作業
【做一做】把一個壓癟的乒乓球進入開水中即可重新鼓起來。
【想一想】這一過程中，乒乓球是否從單一熱源吸熱對外做功？這違反了熱力學第二定律嗎？請簡述理由。

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