选择性必修第三册 第三章热力学定律第4节热力学第二定律课件(共16张PPT)

(共16张PPT)
第
节
4
热力学第二定律
高中物理 选择性必修第三册
第三章
通过对自然界中与热现象有关的宏观过程方向性的实例分析，了解归纳热力学第二定律的过程和方法。
能用热力学第二定律解释常见的不可逆过程，即自然界中的能量转换、转移以及方向性问题。
了解能量与能源的区别以及能源的有限性。
学习目标
引入
一滴红色颜料滴进一杯清水中扩散，整杯水将均匀地变红。从系统的角度来看，扩散之前是一种状态，扩散后是另一种状态。那么，水中扩散后的颜料能否自发地重新聚集在一起，而其余部分又变成清水？
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？
把刚煮好的热鸡蛋放在冷水杯中，过一会儿，鸡蛋的温度降低，水的温度升高，最后水和鸡蛋的温度相同。
是否可能发生这样的现象：原来温度相同的水和鸡蛋，过一会儿水的温度自发的降低而鸡蛋的温度上升，生蛋变成了熟蛋？
在平地上滑动的木块克服摩擦力做功，其动能转化为内能，最终停了下来，同时木块，地面及周围空气的温度略有上升。会不会有这样的现象：静止的木块和地面周围的空气自发的降低温度释放内能，并将释放的内能全部转化为动能，让木块又滑动起来？
装着压缩气体的钢瓶，打开阀门后会听到“哧—”一声，气体喷到外面，会不会有这样的现象：外面的气体自发的进入钢瓶，使瓶内的压强变大？
一 热力学第二定律
1.一切与热现象有关的自然过程都是有方向性的.
2．热力学第二定律：
热量不能自发地从低温物体传到高温物体。
3．热力学第二定律的克劳修斯表述：
（传热的方向性）
热量能从低温物体传到高温物体，但不是自发的。
在物理学中，反映宏观自然过程的方向性的定律。
不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。
4．热力学第二定律的开尔文表述：
（内能和机械能之间转化的方向性）
可从单一热库吸收热量，使之完全变成功，但会产生其他影响。
5.两种表述是等价的
6、第二类永动机
1）定义：
只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的热机。
2）第二类永动机不可能制成：
第一类永动机 第二类永动机
设计要求
不可能原因
不消耗任何能量，可以不断地做功（或给予很少的能量启动后，能够永远运动）
将内能全部转化为机械能，而不引起其他变化
违背能量转化与守恒定律
违背热力学第二定律
违反热力学第二定律
二 能源是有限的
3．能源的使用过程中虽然能量的总量保持守恒，但能量的品质下降了。虽然能量总量不会减少，但能源会逐步减少，因此能源是有限的资源。
机械能、电能、光能、声能、化学能、核能、生物能……最终都转化成内能，流散到周围环境中，无法重新自动聚集起来加以利用的现象。
1．能量耗散：
2．能源：
是指具有高品质的容易利用的储能物质。
本课小结
一、热传导的方向性：
热机：把内能转化为机械能的装置
高温物体
低温物体
热量
二、热力学第二定律的两种表述
1、克劳修斯表述：
2、开尔文表述：
3、第二类永动机
热量不能自发地从低温物体传到高温物体。
不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。
当堂检测
1.下列说法中正确的是（　　）
A.热量能自发地由高温物体传到低温物体
B.热量能自发地由低温物体传到高温物体
C.热量一定不可能由低温物体传到高温物体
D.空调机既能制热又能制冷，说明热传递不存在方向性
A
【解析】A对，B错：热量能自发地由高温物体传到低温物体，但不能自发地由低温物体传到高温物体。
C错：热量可能由低温物体传到高温物体，如电冰箱将内部的热量传到外部。
D错：热传递存在方向性的含义是指热量可以自发地从高温物体传递到低温物体，而不能自发地从低温物体传递到高温物体，但若有其他影响也可以将热量从低温物体传递到高温物体，空调机制冷时必须通过压缩机做功才能实现热量从低温物体传递到高温物体。
2.［多选］根据热力学第二定律，下列说法中正确的是（　　）
A.电流的电能不可能全部变成内能
B.在火力发电中，燃气的内能不可能全部变为电能
C.在热机中，燃气的内能不可能全部变为机械能
D.机械能可以全部转化为内能，内能不可以全部用来做功转化成机械能
解析：A错：由电流热效应中的焦耳定律可知，电能可以全部转化为内能。
B对：火力发电时，能量转化的过程为内能——机械能——电能，因为内能——机械能的转化过程中会放出热量，故燃气的内能不可能全部变为电能。
C对：因为热机工作时内能——机械能的转化过程中会对外放出热量，内能必然不可能全部变为机械能。
D错：机械能可以全部转化为内能，在特殊情形下（如理想气体等温膨胀），气体吸收的内能可以全部转化为机械能。
BC
3.关于热力学第一定律和热力学第二定律，下列论述正确的是 （　　）
A.热力学第一定律指出内能可以与其他形式的能相互转化，而热力学第二定律则指出内能不可能完全转化为其他形式的能，故这两条定律是相互矛盾的
B.内能可以全部转化为其他形式的能，只是会产生其他影响，故两条定律并不矛盾
C.两条定律都是有关能量的转化规律，它们不但不矛盾，而且没有本质区别
D.其实，能量守恒定律已经包含了热力学第一定律和热力学第二定律
【解析】　热力学第一定律揭示了内能与其他形式的能之间的转化关系，是能量守恒定律在热学中的具体体现。热力学第二定律则进一步阐明了内能与其他形式的能转化时的方向性，二者表述的角度不同，本质不同，并不矛盾，故B项正确。
B
4.［多选］下列说法中正确的是（　　）
A.第一类永动机不可能制成，因为它违背了能量守恒定律
B.第二类永动机不可能制成，因为它违背了能量守恒定律
C.热力学第一定律和热力学第二定律是相互独立的
D.热力学第二定律的两种表述是等效的
解析：A对，B错：第一类永动机违背了能量守恒定律，第二类永动机违背了热力学第二定律。
C对：热力学第一定律与热力学第二定律相互独立。
D对：热力学第二定律的两种表述是等效的。
ACD
谢 谢！