(共39张PPT)
复习
1、热力学第一定律
2、能量守恒定律
思考：根据能量守恒定律，在自然界发生的一切过程中能量都是守恒的。那么符合能量守恒的宏观过程是否都能发生呢？
将一块烧红的铁块投入冷水中，会发生什么现象？
铁块的温度降低，水的温度升高，最终两者温度相同．
将烧红的铁块投入水中，结果会不会铁块温度更高，水的温度更低？
电冰箱的内部温度比外部温度低，为什么致冷系统还能不断地把箱内热量传给外界的空气？
因为电冰箱消耗了电能，对制冷系统做了功，一旦切断电源，电冰箱就不能把其内部的热量传给外界的空气了．相反，外界的热量会自发地传给电冰箱，使其温度逐渐升高．
贮藏的食品
大气
电冰箱制冷系统
热传导的过程是有方向性的，这个过程可以向一个方向自发地进行，但是向相反的方向却不能自发地进行。
要实现相反方向的过程，必须借助外界的帮助，因而产生其它影响或引起其它变化。
点击下图观看视频
思考 会不会有这样的现象：均匀混合的空气与溴气过一段时间会自发地变的界线分明 ？
气体扩散具有方向性
气体扩散具有方向性
动画：气体扩散的方向性
一个在水平地面上运动的物体，由于克服摩擦力做功，最后要停下来。在这个过程中，物体的动能转化成为内能，使物体和地面的温度升高。
我们能不能看到这样的现象：一个放在水平地面上的物体，靠降低温度，可以把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来．
有人提出这样一种设想，发明一种热机，用它把物体与地面摩擦所生的热量都吸收过来并对物体做功，将内能全部转化为动能，使因摩擦停止运动的物体在地面上重新运动起来，而不引起其它变化．
热机是一种把内能转化为机械能的装置
气缸中的气体得到燃料燃烧时产生的热量Q1
推动活塞做功W
排出废气，同时把热量Q2散发到大气中。
Q1=W+Q2
热机效率η=W/Q1
热源
冷凝器
热机
机械能和内能转化具有方向性。
点击下图观看视频
思考：有没有这样的“逆过程”：从瓶中冲出去的气体又自动回到瓶中，瓶中气体的压强达到了将瓶塞冲开时的压强。
气体膨胀具有方向性
一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。
在物理学中，反映宏观自然过程的方向性的定律就是热力学第二定律（second law of thermodynamics).
共同特征：
热量不能自发地从低温物体传到高温物体。（克劳修斯表述）
说明：
（1）克劳修斯表述中强调了“在不引起其它的变化的条件下，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体。”
（2）如果允许“其它变化”，例如利用致冷机做功，热量可以从低温物体传到高温物体上，而致冷机做功就属于“其它变化”。
（3）如果设想克劳修斯表述不成立，即在无任何外界做功的情况下，热量就能从低温热源传向高温热源。按此设想就可制成一种无功致冷机，如图所示，它无需消耗功就能致冷。克劳修斯表述否定了这种可能性。
不可能从单一热库吸收，使之完全变成功，而不产生其他影响。（开尔文表述）
热源
热机
冷凝器
说明：
（1）开尔文表述否定了第二类永动机的可能性。历史上曾有人企图制造“一种循环动作的热机，只从单一热源吸收热量，使之全部变为功，而不向低温热源放出热量，或者说不引起其它变化。”这种热机称为第二类永动机或单热源热机，其效率η=100%。虽然它不违背热力学第一定律，但它违背了热力学第二定律的开尔文表述。
（2）开尔文表述中强调了“在不产生其他影响的条件下，‘热’不能全部变为‘功’。”如果允许“其他影响”发生，热可以全部变为功。例如气缸中理想气体作等温膨胀时，气体从恒温热源吸收的热量就可以全部用来对外做功。但气体“体积和压强”发生了变化，它不能循环动作返回原状态。
1，按热传递的方向性来表述
2，是按机械能与内能转化过程的方向来表述。
任何一类宏观自然过程进行方向的说明都可以作为热力学第二定律的表述。
开尔文表述实质说明功变热过程的不可逆性，克劳修斯表述则说明热传导过程的不可逆性，两种表述是等价的。可用反证法证明。
违背开尔文表述一定违背克劳修斯表述
Q1──热机从T1吸热
A ──热机输出功
Q2──热机从T2吸热Q1+Q2──致冷机向T1放热
如果开尔文表述不成立，可制成一个单热源热机，将它同另一个制冷机组成复合机，如图所示，其总效果相当于一个无功致冷机，于是克劳修斯表述也就不成立。
违背克劳修斯表述一定违背开尔文表述
T2──低温热源
Q2──热量通过假想装置自动地从T2传向T1
Q1──卡诺热机从T1吸热
A ──卡诺热机对外作功
开尔文表述实质说明功变热过程的不可逆性，克劳修斯表述则说明热传导过程的不可逆性，两种表述是等价的。可用反证法证明。
如果克劳修斯表述不成立，则可制成一个无功致冷机，将它同另一个热机组成复合机，如图所示，就可使复合机成为一单热源热机，即开尔文表述也不成立。
五、例题分析：
[例1]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度物体．
[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(由电流热效应中的焦耳定律可知)，而内能不可能全部变成电流的能．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，所以选项B、C、D正确．
[例2]第二类永动机不可以制成，是因为[ ]
A. 违背了能量的守恒定律
B．热量总是从高温物体传递到低温物体
C．机械能不能全部转变为内能
D．内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化
[解析]第二类永动机设想虽然符合能量守恒定律，但是违背了能量转化中有些过程是不可逆的规律。所以不可能制成，选项D正确．
[例3]试对热力学第一定律和热力学第二定律做一简单的评析
[解析]热力学第一定律和热力学第二定律是构成热力学知识的理论基础，前者对自然过程没有任何限制，只指出在任何热力学过程中能量不会有任何增加或损失，反映的是物体内能的变化与热量、做功的定量关系；后者则是解决哪些过程可以自发地发生，哪些过程必须借助于外界条件才能进行。
六、小结 ：
热力学第二定律有常见的两种表述，提示了有大量分子参与的宏观过程(即与热现象有关的宏观过程)的方向性，第二类永动机不可能制成。
七、 [巩固练习]
1.下列哪些物理过程具有方向性
A. 热传导过程
B．机械能和内能的转化过程
C．气体的扩散过程
D．气体向真空中膨胀的过程。答案：
上题答案：A B C D
2.热机是一种______的装置，热机做的功和它从热源吸收热量的比值叫做热机的______．答案：
2答案：把内能转化为机械能；效率
3.热力学第二定律使人们认识到，自然界中进行的涉及________现象的宏观过程都具有________性，例如机械能可以________转化为内能，但内能_______全部转化为机械能，而不引起其他变化．
3答案：热；方向；全部；不能。
4.什么是第二类永动机 为什么第二类永动机不可能造成
答：能够从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化的热机称为第二类永动机。第二类永动机不可能制成的原因是因为机械能和内能转化过程具有方向性，尽管机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化为机械能，而不引起其他变化。
6.试述热力学第一定律和热力学第二定律的区别与联系．
解答：热力学第一定律指出了在任何热力学过程中，能量不会有任何增减或损失，对自然过程也没有限制；而热力学第二定律是解决了哪些过程可以发生。两个定律从不同角度揭示了热力学过程中遵从的规律，既相互独立，又相互补充，共同构成了热力学知识的理论基础
