2012高二物理课件：第三章 第四节　热力学第二定律（粤教版选修3-3）

(共14张PPT)
第四节 热力学第二定律
一、热传导的方向性
1．热可以自发地由________物体传递给________物
体，但相反方向却不能自发地进行，即热传导具有
__________，是一个不可逆过程．
2．说明
高温
低温
方向性
(1)“自发地”指在不受外来干扰的条件下进行的自
然过程．
(2)要将热量从低温物体传向高温物体，必须有“外界
的影响或帮助”，即要有外界对其做功才能完成．
二、机械能和内能转化过程方向性
1．机械能和内能转化过程具有方向性，机械能全部转
化为内能的过程是可以自发进行的，反之不能自发进行，
要将内能全部转化为机械能必然会引起其他影响．
2．从单一热源吸热全部用来做功而不引起其他变化的
热机称为第二类永动机．它不可能制成的原因是其违背了
__________________．
热力学第二定律
三、热力学第二定律
不可能使热量从低温物体传向高温物体而不引起其他
变化；不能从单一热源吸收热量，使之完全变为有用的功
而不引起其他变化．
四、热力学第二定律的微观实质
1．做功是与分子群体的有序运动联系在一起的，内能
是和分子的无序运动联系在一起的，机械能转化为内能的
过程，从微观上来说是大量分子的有序运动朝无序运动的
方向转换的过程，其相反方向的过程是大量分子从无序运
动朝有序运动方向转换的过程．
2．热传导的过程是使物体内部分子的热运动由比较
__________状态向__________状态转化的过程．
3．热力学第二定律的微观实质是：与热现象有关的自
发的宏观过程，总是朝着分子热运动状态无序性_________
的方向进行的．
有序的
无序的
增加
五、熵
1．熵是用来描述物体的______________的一个物理
量，物体内部分子热运动无序性越高，物体的熵就越
__________．
无序程度
大
2．系统的熵值反映了它所处状态的均匀程度，系统的
熵值越小，它所处的状态越是有序，越不均匀；系统的熵
值越大，它所处的状态越是无序，越均匀．系统总是力图
自发地从__________的状态向__________(即从有序走向
无序)的状态转变，这就是隔离系统“熵值增大原理”的微
观物理意义．
熵值较小
熵值较大
热力学第二定律的两种表述
1．克劳修斯表述：不可能使热量从低温物体传向高温
物体而不引起其他变化．
表述中的其他变化是指高温物体吸热和低温物体放热
两者以外的任何变化，如果允许引起其他变化，热量由低
温物体传入高温物体也是可能的，例如：制冷机可以将热
量从低温热源传给高温热源，但这不是自动传递的，需有
外界对气体做功，并把所做的功转变为热而送入高温热源，
外界做了这部分的功，自然要引起其他变化．
2．开尔文表述：不可能从单一热源吸收热量，使之完
全变为有用的功而不引起其他变化．
表述中说的其他变化，是指除了单一热源放热和对外
界做功这两者以外的任何其他变化．其实，并非热不能完
全转化为功，而是在不引起其他变化的条件下热不能完全
转化为功．例如：理想气体从单一热源吸热做等温膨胀时．
内能不变，即ΔU＝0，按热力学第一定律，得 Q＝W，即
所吸收热量全部转化为功，但是在这一过程中却引起了其
他变化，即气体的体积膨胀，不能自动地缩回．
3．热力学第二定律的开尔文表述与热机的工作有关；
克劳修斯表述与热传导现象有关，两种表述貌似不同，但
是它们通过热功转换和热传导各自表述了过程进行的方向
性，所以本质上是一致的．可以证明两种表述等效：如果
开尔文表述是正确的，则克劳修斯表述也是正确的，若违
反开尔文表述，也必违背克劳修斯表述．
热力学第二定律的理解
[例 1]下列所述过程是可逆的，还是不可逆的？
A．气缸与活塞的组合内装有气体，当活塞上没有外
加压力，活塞与气缸间没有摩擦，气体缓慢地膨胀时；
B．上述装置，当活塞上没有外加压力，活塞与气缸
上摩擦很大，使气体缓慢地膨胀时；
C．上述装置，没有摩擦，但调整外加压力，使气体
能缓慢地膨胀时；
D．在一绝热容器内盛有液体，不停地搅动它，使它
温度升高；
E．在一传热容器内盛有液体，容器放在一恒温的大
水池内，液体不停地搅动，可保持温度不变；
F．在一绝热容器内，不同温度的液体进行混合；
G．在一绝热容器内，不同温度的氦气进行混合．
解析：A.发生自由膨胀，则是不可逆的；
B.有摩擦发生，也是不可逆的；
C.是准静态无摩擦的膨胀，则为可逆过程；
D.这是做功变为热的过程，一定不可逆；
E.此过程中既有“功变热”又有“热传导”，也是不
可逆过程；
F.液体的扩散是不可逆过程；
G.有一定温度差的热传导是不可逆过程．
答案：见解析
热力学第二定律的理解
[例 2]一种冷暖两用型空调，铭牌标注：输入功率 1
kW，制冷能力 1.2×104 kJ/h，制热能力 1.3×104 kJ/h.这样，
该空调在制热时，每消耗 1 J 电能，将放出 3 J 多热量，是
指标错误还是能量不守恒？
解析：都不是．空调制冷、制热靠压缩机做功，从室
内(室外)吸收热量放到室外(室内)．在制热时，放出的热量
等于消耗的电能与从室外吸收的热量之和，完全可以大于
电能消耗．这既不违背热力学第一定律，也不违背热力学
第二定律．
答案：见解析
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