第3节 热力学第二定律
A级 必备知识基础练
1.(多选)下列说法正确的是( )
A.热量能自发地从高温物体传给低温物体
B.热量不能从低温物体传到高温物体
C.机械能可以全部转化为内能,内能也可以全部转化为机械能
D.气体向真空中膨胀的过程是有方向性的
2.(多选)下列宏观过程能用热力学第二定律解释的是( )
A.大米和小米混合后小米能自发地填充到大米空隙中,而经过一段时间大米、小米不会自动分开
B.将一滴红墨水滴入一杯清水中,墨水会均匀扩散到整杯水中,经过一段时间,墨水和清水不会自动分开
C.冬季的夜晚,放在室外的物体随气温的降低,不会将内能自发地转化为机械能而动起来
D.随着节能减排措施的不断完善,最终也不会使汽车热机的效率达到100%
3.关于能量守恒定律的发现及热力学,下列说法不正确的是( )
A.1847年,法国物理学家亥姆霍兹在物理学会议上提出《论力的守恒》,建立了能量守恒定律的数学公式
B.不可能把热量从低温物体传递到高温物体而不产生其他影响
C.物体对外做功,可能使物体内能降低
D.物体对另一物体做功,若不计能量损失,那么能量守恒
4.我们绝不会看到: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。其原因是( )
A.违反了能量守恒定律
B.在任何条件下内能不可能转化为机械能,只有机械能才能转化为内能
C.机械能和内能的转化过程具有方向性,内能转化成机械能是有条件的
D.以上说法均不正确
5.(多选)下列说法正确的是( )
A.气体的内能是所有分子热运动的动能和分子间的势能的总和
B.一定量的理想气体在等温膨胀过程中,一定吸收热量
C.第二类永动机研制失败的原因是违背了热力学第二定律
D.凡是符合能量守恒定律的宏观过程一定能自发进行而不引起其他变化
6.(2022广东卷)利用空调将热量从温度较低的室内传递到温度较高的室外环境,这个过程 (选填“是”或“不是”)自发过程。该过程空调消耗了电能,空调排放到室外环境的热量 (选填“大于”“等于”或“小于”)从室内吸收的热量。
B级 关键能力提升练
7.(多选)关于气体的内能和热力学定律,下列说法正确的是( )
A.只有对气体做功才可以改变其内能
B.质量和温度都相同的气体,内能一定相同
C.热量可以从低温物体传到高温物体
D.一定质量的理想气体,温度越高,气体分子运动越剧烈,气体内能越大
8.(多选)关于热力学定律,下列说法正确的是( )
A.为了增加物体的内能,必须对物体做功或向它传递热量
B.对某物体做功,必定会使该物体的内能增加
C.可以从单一热源吸收热量,使之完全变为功
D.不可能使热量从低温物体传向高温物体
9.(2023浙江湖州高二期末)下列现象中,符合能量守恒定律但违反热力学第二定律的是( )
A.电冰箱通电后能把箱内低温物体的热量传到箱外的高温物体
B.蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能
C.人类开发了潮汐发电技术,所获得的电能是由海水的机械能转化来的
D.一杯热茶自然放置,茶水会慢慢冷却
10.热力学第二定律常见的表述方式有两种,其一: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;其二:不可能从单一热源吸取热量,使之完全用来做功而不引起其他变化。第一种表述方式可以用图甲来表示,根据你对第二种表述的理解,如果也用类似的示意图来表示,你认为图乙示意图中正确的是( )
甲
乙
第3节 热力学第二定律
1.ACD 如果是自发地进行,热量只能从高温物体传到低温物体,但这并不是说热量不能从低温物体传到高温物体,只是不能自发地进行,在外界条件的帮助下,热量也能从低温物体传到高温物体,A正确,B错误;机械能可以全部转化为内能(如一个运动物体克服摩擦力做功且最终停止运动时,机械能全部转化为内能),在一定条件下,内能也可以全部转化为机械能,如理想气体在等温膨胀过程中,将吸收来的热量全部用来做功,C正确;气体向真空中膨胀的过程也具有方向性,是不可逆的,D正确。
2.BCD 热力学第二定律反映的是与热现象有关的宏观过程的方向性的规律,A不属于热现象,A不符合题意;由热力学第二定律可知B、C、D符合题意。
3.A 德国科学家亥姆霍兹于1847年发表了著作《论力的守恒》,故A错误,符合题意;根据热力学第二定律,不可能把热量从低温物体传递到高温物体而不产生其他影响,故B正确,不符合题意;若没有热传递的情况下,物体对外做功,内能会减少,故C正确,不符合题意;能量既不会消灭,也不会创生,它只会从一种形式转化为另一种形式,或者从一个物体转移到另一个物体,而能的总量保持不变,物体对另一物体做功,若不计能量损失,那么能量守恒,故D正确,不符合题意。
4.C 机械能和内能的相互转化,可以通过做功来实现。机械能可以自发地转化为内能,但内能不能自发地转化为机械能。
5.ABC 气体的内能是气体内所有分子热运动的动能和分子间势能的总和,故A正确;一定量的理想气体在等温膨胀过程中,气体对外做功,而内能不变,根据热力学第一定律,气体一定从外界吸收热量,故B正确;第二类永动机研制失败的原因是违背了热力学第二定律,故C正确;满足能量守恒定律的宏观过程不一定可以自发进行,比如热量就不能自发地从低温物体传到高温物体,故D错误。
6.答案 不是 大于
解析 根据热力学第二定律,热量不能自发地从低温物体传到高温物体,故空调将热量从温度较低的室内传递到温度较高的室外环境不是自发过程;根据热力学第一定律,空调排放到室外环境的热量等于从室内吸收的热量与消耗的电能之和。
7.CD 做功和热传递在改变内能上是等效的,都可以使内能发生变化,A错误。温度相同,则分子平均动能相同;质量相同,若为不同种类的气体则分子数目不同,内能不一定相同,B错误。热量可能从低温物体传到高温物体,但要引起其他变化,不是自发过程,C正确。一定质量的理想气体内能只与温度有关,温度越高,气体分子运动越剧烈,分子平均动能越大,气体内能越大,D正确。
8.AC 由ΔU=W+Q可知做功和热传递是改变内能的两种方式,它们在改变内能上是等效的,故A正确,B错误;由热力学第二定律可知,可以从单一热源吸收热量,使之全部变为功,但会产生其他影响,故C正确;热量只是不能自发地从低温物体传向高温物体,故D错误。
9.B 电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体,此过程中消耗了电能,所以不违背热力学第二定律,故A与题意不符;蒸汽机的能量损失不可避免,不可能把蒸汽的内能全部转化为机械能,违背了热力学第二定律,故B与题意相符;人类开发了潮汐发电技术,所获得的电能是由海水的机械能转化来的,不违背热力学第二定律,故C与题意不符;热传递具有方向性,热量能自发地从高温物体传到低温物体,故一杯热茶自然放置,茶水会慢慢冷却,不违背热力学第二定律,故D与题意不符。
10.B 由题图甲可知,使热量由低温物体传递到高温物体必伴随压缩机的做功,即引起其他变化;对于第二种表述,热机工作时,从高温物体吸收热量,只有一部分用来对外做功,转变为机械能,另一部分热量要排放给低温物体,故选项B正确,A、C、D错误。(共19张PPT)
第3章
第3节 热力学第二定律
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A 级 必备知识基础练
1.(多选)下列说法正确的是( )
A.热量能自发地从高温物体传给低温物体
B.热量不能从低温物体传到高温物体
C.机械能可以全部转化为内能,内能也可以全部转化为机械能
D.气体向真空中膨胀的过程是有方向性的
ACD
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解析 如果是自发地进行,热量只能从高温物体传到低温物体,但这并不是说热量不能从低温物体传到高温物体,只是不能自发地进行,在外界条件的帮助下,热量也能从低温物体传到高温物体,A正确,B错误;机械能可以全部转化为内能(如一个运动物体克服摩擦力做功且最终停止运动时,机械能全部转化为内能),在一定条件下,内能也可以全部转化为机械能,如理想气体在等温膨胀过程中,将吸收来的热量全部用来做功,C正确;气体向真空中膨胀的过程也具有方向性,是不可逆的,D正确。
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2.(多选)下列宏观过程能用热力学第二定律解释的是( )
A.大米和小米混合后小米能自发地填充到大米空隙中,而经过一段时间大米、小米不会自动分开
B.将一滴红墨水滴入一杯清水中,墨水会均匀扩散到整杯水中,经过一段时间,墨水和清水不会自动分开
C.冬季的夜晚,放在室外的物体随气温的降低,不会将内能自发地转化为机械能而动起来
D.随着节能减排措施的不断完善,最终也不会使汽车热机的效率达到100%
BCD
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解析 热力学第二定律反映的是与热现象有关的宏观过程的方向性的规律,A不属于热现象,A不符合题意;由热力学第二定律可知B、C、D符合题意。
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3.关于能量守恒定律的发现及热力学,下列说法不正确的是( )
A.1847年,法国物理学家亥姆霍兹在物理学会议上提出《论力的守恒》,建立了能量守恒定律的数学公式
B.不可能把热量从低温物体传递到高温物体而不产生其他影响
C.物体对外做功,可能使物体内能降低
D.物体对另一物体做功,若不计能量损失,那么能量守恒
A
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解析 德国科学家亥姆霍兹于1847年发表了著作《论力的守恒》,故A错误,符合题意;根据热力学第二定律,不可能把热量从低温物体传递到高温物体而不产生其他影响,故B正确,不符合题意;若没有热传递的情况下,物体对外做功,内能会减少,故C正确,不符合题意;能量既不会消灭,也不会创生,它只会从一种形式转化为另一种形式,或者从一个物体转移到另一个物体,而能的总量保持不变,物体对另一物体做功,若不计能量损失,那么能量守恒,故D正确,不符合题意。
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4.我们绝不会看到: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。其原因是( )
A.违反了能量守恒定律
B.在任何条件下内能不可能转化为机械能,只有机械能才能转化为内能
C.机械能和内能的转化过程具有方向性,内能转化成机械能是有条件的
D.以上说法均不正确
C
解析 机械能和内能的相互转化,可以通过做功来实现。机械能可以自发地转化为内能,但内能不能自发地转化为机械能。
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5.(多选)下列说法正确的是( )
A.气体的内能是所有分子热运动的动能和分子间的势能的总和
B.一定量的理想气体在等温膨胀过程中,一定吸收热量
C.第二类永动机研制失败的原因是违背了热力学第二定律
D.凡是符合能量守恒定律的宏观过程一定能自发进行而不引起其他变化
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解析 气体的内能是气体内所有分子热运动的动能和分子间势能的总和,故A正确;一定量的理想气体在等温膨胀过程中,气体对外做功,而内能不变,根据热力学第一定律,气体一定从外界吸收热量,故B正确;第二类永动机研制失败的原因是违背了热力学第二定律,故C正确;满足能量守恒定律的宏观过程不一定可以自发进行,比如热量就不能自发地从低温物体传到高温物体,故D错误。
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6.(2022广东卷)利用空调将热量从温度较低的室内传递到温度较高的室外环境,这个过程 (选填“是”或“不是”)自发过程。该过程空调消耗了电能,空调排放到室外环境的热量 (选填“大于”“等于”或“小于”)从室内吸收的热量。
不是
大于
解析 根据热力学第二定律,热量不能自发地从低温物体传到高温物体,故空调将热量从温度较低的室内传递到温度较高的室外环境不是自发过程;根据热力学第一定律,空调排放到室外环境的热量等于从室内吸收的热量与消耗的电能之和。
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B 级 关键能力提升练
7.(多选)关于气体的内能和热力学定律,下列说法正确的是( )
A.只有对气体做功才可以改变其内能
B.质量和温度都相同的气体,内能一定相同
C.热量可以从低温物体传到高温物体
D.一定质量的理想气体,温度越高,气体分子运动越剧烈,气体内能越大
CD
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解析 做功和热传递在改变内能上是等效的,都可以使内能发生变化,A错误。温度相同,则分子平均动能相同;质量相同,若为不同种类的气体则分子数目不同,内能不一定相同,B错误。热量可能从低温物体传到高温物体,但要引起其他变化,不是自发过程,C正确。一定质量的理想气体内能只与温度有关,温度越高,气体分子运动越剧烈,分子平均动能越大,气体内能越大,D正确。
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8.(多选)关于热力学定律,下列说法正确的是( )
A.为了增加物体的内能,必须对物体做功或向它传递热量
B.对某物体做功,必定会使该物体的内能增加
C.可以从单一热源吸收热量,使之完全变为功
D.不可能使热量从低温物体传向高温物体
AC
解析 由ΔU=W+Q可知做功和热传递是改变内能的两种方式,它们在改变内能上是等效的,故A正确,B错误;由热力学第二定律可知,可以从单一热源吸收热量,使之全部变为功,但会产生其他影响,故C正确;热量只是不能自发地从低温物体传向高温物体,故D错误。
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9.(2023浙江湖州高二期末)下列现象中,符合能量守恒定律但违反热力学第二定律的是( )
A.电冰箱通电后能把箱内低温物体的热量传到箱外的高温物体
B.蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能
C.人类开发了潮汐发电技术,所获得的电能是由海水的机械能转化来的
D.一杯热茶自然放置,茶水会慢慢冷却
B
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解析 电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体,此过程中消耗了电能,所以不违背热力学第二定律,故A与题意不符;蒸汽机的能量损失不可避免,不可能把蒸汽的内能全部转化为机械能,违背了热力学第二定律,故B与题意相符;人类开发了潮汐发电技术,所获得的电能是由海水的机械能转化来的,不违背热力学第二定律,故C与题意不符;热传递具有方向性,热量能自发地从高温物体传到低温物体,故一杯热茶自然放置,茶水会慢慢冷却,不违背热力学第二定律,故D与题意不符。
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10.热力学第二定律常见的表述方式有两种,其一: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;其二:不可能从单一热源吸取热量,使之完全用来做功而不引起其他变化。第一种表述方式可以用图甲来表示,根据你对第二种表述的理解,如果也用类似的示意图来表示,你认为图乙示意图中正确的是( )
甲
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答案 B
解析 由题图甲可知,使热量由低温物体传递到高温物体必伴随压缩机的做功,即引起其他变化;对于第二种表述,热机工作时,从高温物体吸收热量,只有一部分用来对外做功,转变为机械能,另一部分热量要排放给低温物体,故选项B正确,A、C、D错误。(共40张PPT)
第3章
第3节 热力学第二定律
课标要求
1.通过自然界中宏观过程的方向性,了解热力学第二定律。(物理观念)
2.了解热力学第二定律的两种不同表述,以及两种表述的物理实质。(物理观念)
3.了解什么是第二类永动机,知道为什么它不可能制成。(物理观念)
基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
目录索引
学以致用·随堂检测全达标
基础落实·必备知识全过关
一、可逆过程与不可逆过程
1.可逆过程:一个系统由某一状态出发,经过某一过程达到另一状态,如果存在另一过程,它能使系统和外界完全复原,即系统回到原来的状态,同时消除原来过程对外界的一切影响,则原来的过程称为 ;如果用任何方法都不能使系统和外界完全复原,则原来的过程称为 。
2.热传递是不可逆过程,具有 。
3.功热转化这一现象是不可逆的,具有 。
4.凡是与热现象有关的宏观过程都具有 。
可逆过程
不可逆过程
方向性
方向性
方向性
二、热力学第二定律及第二类永动机
1.热力学第二定律的克劳修斯表述:不可能使热量从 物体传向
物体而不引起其他变化。
2.热机
(1)热机工作的两个阶段:第一个阶段是燃烧燃料,把燃料中的 转化为工作物质的 。第二个阶段是工作物质对外 ,把自己的内能转化为 。
(2)热机的效率η:热机对外做的 与它从高温热源吸收的 的比值,用公式表示为 。热机的效率不可能达到100%。
低温
高温
化学能
内能
做功
机械能
功
热量
3.热力学第二定律的开尔文表述:不可能从单一热源 热量,使之完全用来 而不引起其他变化。
4.第二类永动机
(1)第二类永动机:从单一热源吸收热量并使之完全转化为功而不引起其他变化的机器。
(2)第二类永动机是 实现的。
吸收
做功
不可能
想一想热传递的方向性能否简单理解为“热量不会从低温物体传给高温物体”
提示 不能。两个温度不同的物体相互接触时,热量会自发地从高温物体传给低温物体,使高温物体的温度降低,低温物体的温度升高,这个过程是自发进行的,不需要任何外界的影响或者帮助,有时我们也能实现热量从低温物体传给高温物体,如电冰箱,但这不是自发进行的,需要消耗电能。
易错辨析 判一判
(1)热量不会从低温物体传给高温物体。( )
(2)机械能可以完全转化为内能,内能也可能完全转化为机械能。( )
(3)可以从单一热源吸收热量,使之完全用来做功。( )
(4)第二类永动机违背了能量守恒定律。( )
提示 热量可以从低温物体传向高温物体,例如电冰箱。
提示 第二类永动机违背了热力学第二定律。
×
√
√
×
即学即用 练一练
在研究性学习的过程中,同学们提出了以下四个活动方案,从理论上讲可行的是( )
A.将散失在周围环境中的内能全部收回再利用
B.发明一种制冷设备,使温度降至绝对零度
C.汽车尾气中各类有害气体排入大气后发生扩散现象严重污染了空气,使它们自发地聚在一起,既清洁了空气,又变废为宝
D.在房屋顶部盖上太阳能板,可用太阳能来解决照明和热水问题
D
解析 系统的内能流失到周围环境中,想要全部收回再利用只能消耗更多能源,A错误;温度不能无限降低,绝对零度不可能达到,B错误;扩散现象具有方向性,逆过程不可能自发进行,C错误;太阳能可以用来发电和进行加热,D正确。
重难探究·能力素养全提升
探究一 对热力学第二定律的理解
情境探究
如图所示是制冷机和热机的工作过程示意图,通过示意图思考以下问题:
(1)制冷机工作时热量是自发地从低温热源传到高温热源吗
(2)热机工作时能否将从高温热源吸收的热量全部用来做功
要点提示 (1)不是 (2)不能
知识归纳
1.自然过程的方向性
(1)热传导具有方向性
两个温度不同的物体相互接触时,热量会自发地从高温物体传给低温物体,而低温物体不可能自发地将热量传给高温物体,要实现低温物体向高温物体传递热量,必须借助外界的帮助,因而产生其他影响或引起其他变化。
(2)气体的扩散现象具有方向性
两种不同的气体可以自发地进入对方,最后成为均匀的混合气体,但这种均匀的混合气体,决不会自发地分开,恢复为原来两种不同的气体。
(3)机械能和内能的转化过程具有方向性
物体在水平面上运动,因摩擦而逐渐停止下来,但绝不可能出现物体吸收原来传递出去的热量后,在地面上重新运动起来。
(4)气体向真空膨胀具有方向性
气体可自发地向真空容器内膨胀,但绝不可能出现气体自发地从容器中流出,使容器内变为真空。
2.在热力学第二定律的表述中,“自发地”“不产生其他影响”“单一热源”“不可能”的含义
(1)“自发地”是指热量从高温物体“自发地”传给低温物体的方向性。在传递过程中不会对其他物体产生影响或借助其他物体提供能量等。
(2)“不产生其他影响”的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成,对周围环境不产生热力学方面的影响。如吸热、放热、做功等。
(3)“单一热源”:指温度均匀并且恒定不变的系统。若一系统各部分温度不相同或者温度不稳定,则构成机器的工作物质可以在不同温度的两部分之间工作,从而可以对外做功。
(4)“不可能”:实际上热机或制冷机系统循环终了时,除了从单一热源吸收热量对外做功,以及热量从低温热源传到高温热源以外,过程所产生的其他一切影响,不论用任何的办法都不可能加以消除。
画龙点睛 (1)热力学第二定律的两种表述是等价的。
(2)热力学第二定律的实质:热力学第二定律的每一种表述,都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性,使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。
应用体验
典例1 (2020全国Ⅱ卷)下列关于能量转换过程的叙述,违背热力学第一定律的有 ;不违背热力学第一定律,但违背热力学第二定律的有 。(填正确答案标号)
A.汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热
B.冷水倒入保温杯后,冷水和杯子的温度都变得更低
C.某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功,而不产生其他影响
D.冰箱的制冷机工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内
B
C
解析 B项中,冷水倒入保温杯后,在热传递过程中,保温杯降温,冷水必升温,若都降温,就违背了热力学第一定律;C项中,新型热机的效率也达不到100%,热量不可能全部转化为功而不产生其他影响,C项违背了热力学第二定律。
规律方法 1.一切物理过程均遵守能量守恒定律,但遵守能量守恒定律的物理过程不一定都能实现。
2.热力学第二定律的两种表述分别对应着一种“不可能”,但都有一个前提条件“自发地”或“不产生其他影响”,如果去掉这种前提条件,就都是有可能的。例如电冰箱的作用就是使热量从低温物体传到高温物体,等温膨胀就是从单一热源吸收热量,使之完全用来做功,但不是自发地或是产生了其他影响。
针对训练1
下列说法正确的是( )
A.机械能全部转化为内能是不可能的
B.第二类永动机不可能制造成功是因为能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,只能从一个物体转移到另一个物体,或从一种形式转化成另一种形式
C.根据热力学第二定律可知,热量不可能从低温物体传到高温物体
D.从单一热源吸收的热量全部用来做功是可能的
D
解析 机械能可以全部转化为内能,故A错误;第二类永动机不可能制造成功是因为它违背了热力学第二定律,故B错误;热量不能自发地从低温物体传到高温物体,但如果不是自发地,是可以进行的,故C错误;从单一热源吸收热量全部用来做功而不引起其他变化,是不可能的,但如果是从单一热源吸收热量全部用来做功的同时也引起了其他的变化,是可能的,故D项对。
探究二 第二类永动机
情境探究
国内某柴油机厂所产的单缸柴油机如图所示,图中上方部分为水箱。
热机工作时,内能可以全部转化为机械能吗 水箱所起的作用是什么
要点提示 热机工作时,内能有一部分转移到低温热源,不可能全部转化为机械能;水箱的作用是作为低温热源给热机快速降温。
知识归纳
1.热机
(1)热机
热机是把内能转化为机械能的一种装置。
如蒸汽机把水蒸气的内能转化为机械能,内燃机是把燃烧后的高温、高压气体的内能转化为机械能。
(2)热机的工作原理
工作物质从热源吸收热量Q1,推动活塞做功W,然后排出废气,同时把热量Q2散发到冷凝器或大气中。
根据能量守恒定律有Q1=W+Q2。
符合热力学第二定律
(3)热机的效率
把热机做的功W与它从热源中吸收的热量Q1的比值叫作热机的效率,用η
因为Q1=W+Q2,所以Q1>W,η<1。
(4)注意事项
①热机必须有热源和冷凝器。
②热机不能把它得到的全部内能转化为机械能。
③因热机工作时,总要向冷凝器散热,不可避免地要释放一部分热量Q2,所以总有Q1>W。
④热机的效率不可能达到100%,即使是理想热机,没有摩擦,也没有漏气等能量损失,它也不可能把吸收的热量百分之百地转化为机械能,总要有一部分热量散发到冷凝器或大气中。
2.第二类永动机
(1)第二类永动机
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
这类机器虽然不违背能量守恒定律,但因为机械能和内能的转化过程是有方向性的,热机工作时从高温热源吸收的热量Q,只有一部分用来做功W,转变为机械能,另一部分热量要排放给低温热源。也就是说,热机在工作过程中必然排出部分热量,热机用于做机械功的热量仅是它从高温热源吸收热量的一部分,绝不会是全部,所以第二类永动机是不可能制成的。从上面的分析可知,即使没有任何漏气、摩擦、不必要机体热量损失,也总有W(3)热力学第二定律还可表述为第二类永动机不可能制成。
3.两类永动机的比较
分类 第一类永动机 第二类永动机
设计 要求 不消耗任何能量,可以不断做功(或只给予很小的能量启动后,可以永远运动下去) 将内能全部转化为机械能,而不引起其他变化(或只有一个热源,实现内能与机械能的转化)
不可能 的原因 违背了热力学第一定律 违背了热力学第二定律
应用体验
典例2 (多选)关于第二类永动机,下列说法正确的是( )
A.没有冷凝器,只有单一的热源,能将从单一热源吸收的热量全部用来做功,而不引起其他变化的热机是第二类永动机
B.第二类永动机违反了能量守恒定律,所以不可能制成
C.第二类永动机不可能制成,说明机械能可以全部转化为内能,内能却不可能全部转化为机械能
D.第二类永动机不可能制成,说明机械能可以全部转化为内能,内能却不可能全部转化为机械能而不引起其他变化
AD
解析 根据所学的热机知识可知选项A正确。第二类永动机不违反能量守恒定律,但是违反热力学第二定律,所以选项B错误。机械能可以全部转化为内能,内能在引起其他变化时可能全部转化为机械能,选项C错误,选项D正确。
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关于两类永动机和两个热力学定律,下列说法正确的是( )
A.第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律
B.第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律
C.由热力学第一定律可知,做功不一定改变内能,传热也不一定改变内能,但同时做功和传热一定会改变内能
D.由热力学第二定律可知,热量从低温物体传向高温物体是可能的,从单一热源吸收热量,完全用来做功也是可能的
D
解析 第一类永动机违反热力学第一定律,选项A错误;第二类永动机违反热力学第二定律,选项B错误;由热力学第一定律可知当W≠0,Q≠0时,ΔU=W+Q可以等于0,选项C错误;由热力学第二定律可知选项D中的现象是可能的,但一定会产生其他影响,选项D正确。
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1.(多选)根据热力学第二定律,下列判断正确的是( )
A.电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物体
BCD
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,电能可全部变为内能(由焦耳定律可知),内能不可能全部变成电能,而不产生其他影响。热机中,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。
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2.(多选)下列叙述正确的是( )
A.做功和热传递在改变物体内能的效果上是一样的,但是从能量转化的方面看二者是有本质区别的
B.因为第一类永动机和第二类永动机都违反了能量守恒定律,所以都不可能制成
C.热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的一种具体表现形式
D.热力学第二定律阐述了一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性
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解析 做功和热传递在改变内能的效果上是等效的,但做功是能量的转化,热传递是能量的转移,A正确。第二类永动机不违反能量守恒定律,但违反了热力学第二定律,内能与机械能之间的转化具有方向性才是第二类永动机不可能制成的原因,B错误。热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的一种具体表现形式,C正确。热力学第二定律说明一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性,D正确。
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3.(2023河北石家庄高二期中)如图所示,绝热的气缸被一个绝热的活塞分成左、右两部分,活塞质量不计,活塞用销钉锁住,活塞与气缸之间没有摩擦,气缸左边装有一定质量的理想气体,右边为真空,现在拔去销钉,抽去活塞,让气体向右边的真空做绝热自由膨胀,下列说法正确的是( )
A.气体在向真空膨胀的过程中对外做功,气体内能减少
B.气体在向真空膨胀的过程中,分子平均动能变小
C.气体在向真空膨胀的过程中,分子平均动能变大
D.若无外界的干预,气体分子不可能自发地退回到左边,使右边重新成为真空
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解析 由于活塞质量不计,右边为真空,所以气体膨胀时不做功,又因为是绝热气缸,所以气体内能不变,A错误;气体在向真空膨胀的过程中,不做功,不交换热量,内能不变,故温度不变,分子平均动能不变,B、C错误;根据热力学第二定律可知,涉及热现象的宏观过程具有方向性,所以若无外界的干预,气体分子不可能自发地退回到左边,使右边重新成为真空,D正确。
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4.(多选)(2023山东滨州高二模拟)电冰箱的工作原理图如图所示,压缩机工作时,强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环,在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量,经过冷凝器时制冷剂液化,放出热量到箱体外。下列说法正确的是( )
A.冰箱内传到冰箱外的热量等于冰箱内减少的热量
B.电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量
传到外界,是因为其消耗了电能
C.电冰箱的工作原理违背了热力学第二定律
D.电冰箱除了将热量从低温热库传到高温热库外,工作过程中所产生的其他一切影响,无论用任何办法都不可能加以消除
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解析 电冰箱制冷系统从冰箱内部吸收了热量的同时消耗了电能,转化为压缩机的机械功,但在转化的过程中有一部分电能转化成了内能,和从冰箱内吸收的热量一起被传到外界,因此冰箱内传到冰箱外的热量大于冰箱内减少的热量,故A错误;电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界,是因为其消耗了电能,转化为压缩机的机械功,从而使压缩机不断做功,实现制冷效果,故B正确;电冰箱的工作原理并不违背热力学第二定律,电冰箱在从低温热库吸热的同时也在消耗电能,并且消耗的电能并未完全转化为压缩机的机械功,还有一部分电能转化为热能释放到外界,故C错误;根据热力学第二定律可知,电能不可能全部转化为压缩机的机械功,从而使电冰箱将热量从低温热库传到高温热库,在使电冰箱将热量从低温热库传到高温热库的过程中,还有部分电能转化成了内能,即在能量守恒的情况下,能量的利用率不可能达到百分之百,一定还会产生其他的影响,故D正确。
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5.(2023河南郑州高二模拟)一效率为30%的热机,输出功率为5 kW,若每一循环排出的热量为7 000 J,则每一循环吸收的热量Q= ,每一循环经历的时间t= 。
10 000 J(或1×104 J)
0.6 s
