資源簡介

(共24張PPT)
3.3　熱力學(xué)第二定律
3.4　熵——系統(tǒng)無序程度的量度
1.通過自然界中客觀過程的方向性，了解熱力學(xué)第二定律。
2.了解熱力學(xué)第二定律的兩種不同表述，以及兩種表述的物理實(shí)質(zhì)。
3.能運(yùn)用熱力學(xué)第二定律解釋自然界中的能量轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移以及宏觀自然過程的方向性問題。
4.了解熵的概念及熵增加原理，并能解釋生活中的有關(guān)現(xiàn)象。
學(xué)習(xí)目標(biāo)
情景1：把剛煮好的熱雞蛋放在冷水中，過一會(huì)幾，雞蛋的溫度降低，水的溫度升高，最后水和雞蛋的溫度相同。是否可能發(fā)生這樣的現(xiàn)象：原來溫度相同的水和雞蛋過一會(huì)兒水的溫度自發(fā)的降低而雞蛋溫度自發(fā)上升，冷雞蛋變成熱雞蛋？
熱量自發(fā)地由高溫物體向低溫物體傳遞的過程是不可逆的。
情景2：一滴墨水滴進(jìn)一杯清水中，不久整杯水都均勻與地變黑了。有沒有這樣的逆過程：這杯均勻墨水中的小碳粒又自發(fā)地聚集在一起，成為一滴墨水，而其余部分又成了清水
擴(kuò)散現(xiàn)象進(jìn)行是有方向的，過程是不可逆的。
情景3：在平地上滾動(dòng)的足球克服摩擦力做功，其動(dòng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，最終停了下來，同時(shí)足球、地面及周圓空氣的溫度略有上升。會(huì)不會(huì)有這樣的現(xiàn)象：靜止的足球和地面周國的空氣自發(fā)地降低溫度釋內(nèi)能，并將釋數(shù)出的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，讓足球又滾動(dòng)起來
功可以自動(dòng)轉(zhuǎn)化為熱，但熱卻不能自動(dòng)轉(zhuǎn)化為功。通過摩擦而使功轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬倪^程是不可逆的。
無數(shù)事實(shí)告訴我們：凡是實(shí)際的過程，只要涉及熱現(xiàn)象，如熱傳遞、氣體的膨脹、擴(kuò)散、有摩擦的機(jī)械運(yùn)動(dòng)…都有特定方向。也就是說，一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是不可逆的。
在物理學(xué)中，反映宏觀自然過程的方向性的定律就是熱力學(xué)第二定律。
一、熱力學(xué)第二定律
1.熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。
自發(fā)變化的共同特征：不可逆性，任何自發(fā)變化的逆過程是不能自動(dòng)進(jìn)行的。
高溫
低溫
自發(fā)
低溫
高溫
自發(fā)
克勞修斯表述指明熱傳導(dǎo)過程是不可逆的。
電冰箱工作時(shí)，熱量從低溫物體傳到高溫物體，且其內(nèi)部溫度比外部溫度低，它違反熱力學(xué)第二定律嗎？
不違反，因?yàn)殡姳湎牧穗娔埽瑢χ评湎到y(tǒng)做了功，一旦切斷電源，電冰箱就不能把其內(nèi)部的熱量傳給外界的空氣了。相反，外界的熱量會(huì)自發(fā)地傳給電冰箱，使其溫度逐漸升高。
冷凍室、冷藏室
吸收熱量
外界做功
冰箱制
冷系統(tǒng)
大氣
放出熱量
熱傳導(dǎo)的方向性
①熱傳導(dǎo)的過程是有方向性的，這個(gè)過程可以向一個(gè)方向自發(fā)地進(jìn)行，但是向相反的方向卻不能自發(fā)地進(jìn)行。
②要實(shí)現(xiàn)相反方向的過程，必須借助外界的幫助，因而產(chǎn)生其它影響或引起其它變化。
③熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體而不產(chǎn)生其他影響。
2.熱力學(xué)第二定律的開爾文表述： 不可能從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)楣Γ划a(chǎn)生其他影響。（即：不可能制造這樣一臺機(jī)器，在一個(gè)循環(huán)動(dòng)作后，只是從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)楣Γ灰鹌渌兓?br/>熱機(jī)：是一種把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置。(汽油機(jī)、柴油機(jī)、蒸汽輪機(jī)、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)等）
(3)熱機(jī)工作原理和過程
對外做功
一階段：高溫?zé)嵩矗諢崃縌1——燃料中化學(xué)能轉(zhuǎn)化為工作物質(zhì)的內(nèi)能。
二階段：推動(dòng)活塞對外做功 W——工作物質(zhì)內(nèi)能變成機(jī)械能，排出廢氣向外界（低溫?zé)嵩矗┓懦鰺崃?Q2 。
高溫?zé)嵩?br/>吸收熱量Q1
熱機(jī)
W
低溫?zé)嵩?br/>放出熱量Q2
熱機(jī)效率：
熱機(jī)（包含理想熱機(jī)）的效率永遠(yuǎn)達(dá)不到100％
能量守恒：Q1=W+Q2
開爾文表述揭示機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化方向性
機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能無法全部用來做功以轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。
3.熱力第學(xué)二定律的兩種表述之間的關(guān)系
①兩種表述是等價(jià)的可以從一種表述導(dǎo)出另一種表述，兩種表述都稱為熱力學(xué)第二定律。
②對任何一類宏觀過程進(jìn)行方向的說明，都可以作為熱力學(xué)第二定律的表述。例如：氣體向真空的自由膨脹是不可逆的。
不管如何表述，熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)在于揭示了：一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際宏觀過程都是不可逆的。
熱力學(xué)第一定律 熱力學(xué)第二定律
區(qū)別 是能量守恒定律在熱力學(xué)中的表現(xiàn)，否定了創(chuàng)造能量和消滅能量的可能性，從而否定了第一類永動(dòng)機(jī)。 是關(guān)于在有限空間和時(shí)間內(nèi)，一切和熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過程、化學(xué)過程具有不可逆性的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，從而否定了第二類永動(dòng)機(jī)。
聯(lián)系 兩定律分別從不同角度揭示了與熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過程所遵循的規(guī)律，二者既相互獨(dú)立，又相互補(bǔ)充，都是熱力學(xué)的理論基礎(chǔ)。 4.熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律的比較
二、第二類永動(dòng)機(jī)
1.第二類永動(dòng)機(jī)：人們把想象中能夠從單一熱源吸收熱量，全部用來做功而不引起其他變化的熱機(jī)叫作第二類永動(dòng)機(jī)。
2.第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成，第二類永動(dòng)機(jī)的設(shè)想雖不違反能量守恒定律，但違背了跟熱現(xiàn)象相聯(lián)系的宏觀自然過程具有方向性的規(guī)律（熱力學(xué)第二定律）。
3.熱力學(xué)第二定律的另一種表述就是：第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成。
1.有序與無序
(1)生活中符合某種規(guī)則的現(xiàn)象稱為有序，反之稱為無序。規(guī)則越多，一個(gè)宏觀狀態(tài)對應(yīng)的微觀狀態(tài)越少，出現(xiàn)的概率越小，我們稱之為越有序。反之規(guī)則越少，一個(gè)宏觀狀態(tài)對應(yīng)的微觀狀態(tài)就越多，出現(xiàn)的概率也越大，我們稱之為越無序。
(2)熱力學(xué)第二定律的微觀本質(zhì)：與熱現(xiàn)象有關(guān)的自然發(fā)生的宏觀過程總是沿著大量分子熱運(yùn)動(dòng)無序程度增大的方向進(jìn)行。
三、熵
2.熵和熵增加原理
(1)熵的定義：用來量度系統(tǒng)無序程度的物理量叫作熵。
(2)熵增加原理：在孤立系統(tǒng)中的宏觀過程必然朝著熵增加的方向進(jìn)行。
3.熵與能量退降：在熵增加的同時(shí)，一切不可逆過程總是使得能量從可利用狀態(tài)轉(zhuǎn)化為不可利用狀態(tài)，能量品質(zhì)退化了，這種現(xiàn)象稱為能量退降。
1. (多選)下列說法正確的是(　　)
A．機(jī)械能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能是不可能的
B．第二類永動(dòng)機(jī)不可能制造成功的原因是因?yàn)槟芰考炔粫?huì)消失，也不會(huì)創(chuàng)生，只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，或從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式
C．根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，熱量可能從低溫物體傳到高溫物體
D．從單一熱源吸收的熱量全部變?yōu)楣κ强赡艿?br/>隨堂檢測
解析：機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故A錯(cuò)誤；第二類永動(dòng)機(jī)不可能制造成功是因?yàn)樗`背了熱力學(xué)第二定律，故B錯(cuò)誤；熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，但如果不是自發(fā)地，是可以進(jìn)行的，故C正確；從單一熱源吸收的熱量全部用來做功而不引起其他變化，是不可能的，但如果是從單一熱源吸收的熱量全部變?yōu)楣Φ耐瑫r(shí)也引起了其他的變化，是可能的，故D正確。
答案：CD
2. (多選)在下列敘述中，正確的是(　　)
A．熵是物體內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)無序程度的量度
B．對孤立系統(tǒng)而言，一個(gè)自發(fā)的過程中熵總是向減少的方向進(jìn)行
C．熱力學(xué)第二定律的微觀實(shí)質(zhì)是：熵總是增加的
D．熵值越大，表明系統(tǒng)內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)越無序
解析：熵是物體內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)無序程度的量度，系統(tǒng)內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)越無序，熵值越大，故A、D正確；對孤立系統(tǒng)而言，一個(gè)自發(fā)的過程中熵總是向增加的方向進(jìn)行，故B錯(cuò)誤；根據(jù)熱力學(xué)第二定律，擴(kuò)散、熱傳遞等現(xiàn)象與溫度有關(guān)，凡是與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程，都具有方向性，其實(shí)質(zhì)表明熵總是增加的，故C正確。
答案：ACD
3.下列說法中，能夠發(fā)生且不違背熱力學(xué)第二定律的是（ ）
A. 一杯熱茶自然放置，茶會(huì)自動(dòng)變得更熱
B. 電冰箱正常工作時(shí)把箱內(nèi)低溫物體的熱量傳遞到箱外高溫物體
C. 只要對蒸汽機(jī)不斷革新，它就可以把蒸汽的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能
D. 利用降低海水溫度放出大量的熱量來發(fā)電，從而解決能源短缺的問題
解析：熱傳遞具有方向性，熱量能自發(fā)的從高溫物體傳到低溫物體，故一杯熱茶自然放置，茶會(huì)自動(dòng)變得涼，不會(huì)自動(dòng)變得更熱，違背熱力學(xué)第二定律，A不符合題意； 電冰箱通電后把箱內(nèi)低溫物體的熱量傳到箱外高溫物體，此過程中消耗了電能，所以不違背熱力學(xué)第二定律，能發(fā)生，B符合題意；蒸汽機(jī)的能量損失不可避免，不可能把蒸汽的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，違背了熱力學(xué)第二定律，不能發(fā)生，C不符合題意；利用降低海水溫度放出大量的熱量來發(fā)電，需要消耗更多的其它能量，違背了熱力學(xué)第二定律，故不能解決能源短缺問題，D不符合題意。
答案：B

展開更多......

收起↑