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3.4熱力學第二定律
把剛煮好的熱雞蛋放在冷水中，過一會兒，雞蛋的溫度降低，水的溫度升高，最后水和雞蛋的溫度相同。是否可能發生這樣的現象:原來溫度相同的水和雞蛋過一會兒水的溫度自發的降低而雞蛋溫度自發上升，生蛋變成熟蛋？
熱量自發地由高溫物體向低溫物體傳遞的過程是不可逆的。
導入
一滴紅色顏料滴進一杯清水中擴散，整杯水將均勻地變紅。，水中擴散后的顏料能否自發地重新聚集在一起，而其余部分又變成清水？
擴散現象進行是有方向的,過程是不可逆的。
能量守恒定律告訴我們，在自然界發生的一切過程中能量都是守恒的，一個導致能量創生或能量消滅的過程是不可能出現的。然而，并不是所有符合能量守恒定律的宏觀過程都能真的發生。
無數事實告訴我們，一切與熱現象有關的宏觀自然過程都是不可逆的。
物體間的傳熱
氣體的膨脹
擴散現象
有摩擦的機械運動
熱現象
都有特定的方向
溫度由高到低
體積由大到小
由密到疏
由功到熱
一 、熱力學第二定律
1.一切與熱現象有關的自然過程都是有方向性的.
2．熱力學第二定律：在物理學中，反映宏觀自然過程的方向性的定律。
3．熱力學第二定律的克勞修斯表述：
熱量不能自發地從低溫物體傳到高溫物體。
（傳熱的方向性）
熱量能從低溫物體傳到高溫物體，但不是自發的。
高溫
低溫
自發
低溫
高溫
自發
電冰箱的內部溫度比外部溫度低，為什么致冷系統還能不斷地把箱內熱量傳給外界的空氣？繼續降溫，直至達到設定的溫度。
電冰箱工作時違反熱力學第二定律嗎？
貯藏的食品
大氣
電冰箱制冷系統
熱量
熱量
電源
做功
因為電冰箱消耗了電能，對制冷系統做了功，一旦切斷電源，電冰箱就不能把其內部的熱量傳給外界的空氣了。相反，外界的熱量會自發地傳給電冰箱，使其溫度逐漸升高。
①熱機：是一種把內能轉化為機械能的裝置。
②工作原理和過程：
第一階段燃料燃燒，把化學能轉化為內能
尾氣排放等
Q損
第二階段工作質對外做功，把內能轉化為機械能。
Q
熱機
W
二、熱力學第二定律的另一種表述
由能量守恒定律知道 Q = W +Q損
熱機的效率
燃料產生的熱量Q
輸出機械功W
漏氣熱損
散熱熱損
摩擦熱損
③效率：
Q損
思考：如果沒有漏氣、沒有摩擦，也沒有機體熱量的損失，這樣的熱機的效率是不是100％？
行駛過程中，熱機燃料在燃燒，（高溫）
空氣，它的溫度怎么樣都比氣缸內的溫度低吧，（低溫）
自發傳熱
所以熱機必然會有損耗，這樣的熱機的效率永遠不是100％
不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產生其他影響。
熱力學第二定律的開爾文表述：
（內能和機械能之間轉化的方向性）
可從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，但會產生其他影響。
5.兩種表述是等價的
開爾文表述闡述了機械能與內能轉化的方向性：
機械能可以全部轉化為內能，而內能無法全部用來做功以轉換成機械能。
熱力學第二定律的上述兩種表述是等價的，可以從其中一種表述推導出另一種表述。
1、克勞修斯表述：
按熱傳遞的方向性來表述：熱量不能自發從低溫物體傳到高溫物體。
2、卡爾文表述：
不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產生其他影響。（效率）
三、第二類永動機
1）定義：只從單一熱源吸收熱量，使之完全變為有用的功而不引起其他變化的熱機。
2）第二類永動機不可能制成：
第一類永動機 第二類永動機
設計要求
不可能原因
不消耗任何能量，可以不斷地做功（或給予很少的能量啟動后，能夠永遠運動）
將內能全部轉化為機械能，而不引起其他變化
違背能量轉化與守恒定律
違背熱力學第二定律
違反熱力學第二定律
3．能源的使用過程中雖然能量的總量保持守恒，但能量的品質下降了。雖然能量總量不會減少，但能源會逐步減少，因此能源是有限的資源。
1．能量耗散：機械能、電能、光能、聲能、化學能、核能、生物能……最終都轉化成內能，流散到周圍環境中，無法重新自動聚集起來加以利用的現象。
2．能源：是指具有高品質的容易利用的儲能物質。
四、能源是有限的
熵與熵增加原理
自然界的很多過程是不可逆的
例如，一個容器被隔板均分為A、B兩部分，一定量的氣體處于容器A中，而B為真空。抽取隔板K，A中的氣體就會擴散到B中，最后整個容器的A、B兩部分都均勻地分布了這種氣體。這個過程顯然是不可逆的。
1850年，克勞修斯首次提出熵的概念，熵可用來表達一個系統的無序程度，系統從有序向無序的發展過程中熵在增加。在物理學中，不與外界進行物質和能量交換的系統叫作孤立系統。
在自發過程中，系統總是自發地向無序方向發展，即一個孤立系統的熵值總是不減少的，這就是熵增加原理。
1．下列說法正確的是（ ）
A．機械能全部變成內能是不可能的
B．第二類永動機不可能制造成功的原因是因為能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，只能從一個物體轉移到另一個物體，或從一種形式轉化成另一種形式
C．根據熱力學第二定律可知，熱量不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成功是可能的
D
2.下列說法中正確的是（　　）
A.熱量能自發地由高溫物體傳到低溫物體
B.熱量能自發地由低溫物體傳到高溫物體
C.熱量一定不可能由低溫物體傳到高溫物體
D.空調機既能制熱又能制冷，說明熱傳遞不存在方向性
A
【解析】A對，B錯：熱量能自發地由高溫物體傳到低溫物體，但不能自發地由低溫物體傳到高溫物體。
C錯：熱量可能由低溫物體傳到高溫物體，如電冰箱將內部的熱量傳到外部。
D錯：熱傳遞存在方向性的含義是指熱量可以自發地從高溫物體傳遞到低溫物體，而不能自發地從低溫物體傳遞到高溫物體，但若有其他影響也可以將熱量從低溫物體傳遞到高溫物體，空調機制冷時必須通過壓縮機做功才能實現熱量從低溫物體傳遞到高溫物體。
3.［多選］下列說法中正確的是（　　）
A.第一類永動機不可能制成，因為它違背了能量守恒定律
B.第二類永動機不可能制成，因為它違背了能量守恒定律
C.熱力學第一定律和熱力學第二定律是相互獨立的
D.熱力學第二定律的兩種表述是等效的
解析：A對，B錯：第一類永動機違背了能量守恒定律，第二類永動機違背了熱力學第二定律。
C對：熱力學第一定律與熱力學第二定律相互獨立。
D對：熱力學第二定律的兩種表述是等效的。
ACD
3.4 熱力學第二定律
一、熱力學第二定律
1.一切與熱現象有關的自然過程都是有方向性的.
2．熱力學第二定律
克勞修斯表述：熱量不能自發地從低溫物體傳到高溫物體。
開爾文表述：不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產生其他影響。（機械能可以全部轉化為內能，而內能無法全部用來做功以轉換成機械能。）
二、永動機
1、第一類永動機：不消耗任何能量，可以不斷地對外做功(或只給予很小的能量啟動后,可以永遠運動下去),違背了能量守恒定律
2、第二類永動機：將內能全部轉化為機械能，而不引起其他變化，違背了熱力學第二定律

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