2014-2015学年人教版选修3-3 第十章第4节：热力学第二定律 课件（28张）

课件29张PPT。4 热力学第二定律一、热力学第二定律
1.热传导的方向性:
(1)温度不同的两个物体接触时,_____会自发地从_____物体
传给_____物体,但不会自发地从_____物体传给_____物体,
这说明:热传导的过程具有_____性。
(2)一切与热现象有关的宏观自然过程都是_______的。
(3)热力学第二定律是反映宏观自然过程的_______的定律。热量高温低温低温高温方向不可逆方向性2.热力学第二定律的两种表述:
(1)克劳修斯表述:热量不能_____地从低温物体传到高温物体。
(2)开尔文表述:不可能从_________吸收热量,使之完全变成功,
而不产生其他影响。
3.热力学第二定律的意义:热力学第二定律的两种表述是_____
(选填“等价”或“不等价”)的,可以从其中一种表述推导出另
一种表述;热力学第二定律的开尔文表述说明了_______与内能
转化的_____性:机械能可以_____转化为内能,而内能_____全部
用来做功以转化为机械能。
4.热力学第二定律也可以表述为:气体向真空的自由膨胀是_____
___(选填“可逆”或“不可逆”)的。自发单一热库等价机械能方向全部无法不可逆二、第二类永动机
1.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
_______变成工作物质的_____;第二个阶段是工作物质对外做
功,把自己的_____变成_______。
(2)热机的效率:热机输出的_______与燃料产生的_____的比
值,用公式表示为η=化学能内能内能机械能机械功热量2.第二类永动机:
(1)定义:只从_________吸收热量,使之完全变为功而不引起其
他变化的热机。
(2)第二类永动机不可能制成:虽然第二类永动机不违反_____
_________,但大量的事实证明,在任何情况下,热机都不可能只
有一个热库,热机要不断地把吸取的热量变为有用功,就不可避
免地将一部分热量传给低温热库。能量守恒定律单一热库1.判一判
(1)温度不同的两个物体接触时,热量会自发地从低温物体传给高温物体。 ( )
(2)第二类永动机违反了热力学第二定律。 ( )
(3)热机的效率可以达到100%。 ( )
(4)一切与热现象有关的微观自然过程都是不可逆的。 ( )提示：(1)×。温度不同的两个物体接触时,热量会自发地从高温物体传给低温物体。
(2)√。第二类永动机是指只从单一热库吸收热量,使之完全变为功而不引起其他变化的热机,所以第二类永动机违反了热力学第二定律。
(3)×。不可能从单一热库吸收热量,使之全部变成功而不引起其他变化,故热机的效率不可能达到100%。
(4)×。一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。2.想一想
温度不同的两个物体接触时,热量会从低温物体传给高温物体吗?
提示：会。温度不同的两个物体接触时,热量会自发地从高温物体传给低温物体,要使热量从低温物体传给高温物体,必须借助其他帮助,如电冰箱的工作。主题一 热力学第二定律
1.两个不同的物体接触时,热量自发地从高温物体传递给低温物体。此处“自发地”的含义是什么?
提示：“自发地”是指没有任何外界影响或者其他帮助。2.空调和电冰箱工作时,热量都是从低温物体传递给高温物体的,它们违反热力学第二定律吗?
提示：不违反;因为这不是自发的过程,这个过程必须有第三者的介入,即必须开动空调、电冰箱的压缩机消耗电能。3.在外力作用下,一个在水平面上运动的物体,(1)当撤去外力后,会出现什么现象?在这个过程中,能量是如何转化的?(2)该物体能否自发地收集内能,再运动起来?
提示：(1)物体运动的速度越来越小,最后停下。由于摩擦力阻碍物体相对于地面的运动,物体在运动过程中,要克服摩擦力做功,所以最后会停下来。在此过程中,物体的动能转化为内能。
(2)不能。机械能可自发地转化成内能,内能不能自发地转化成机械能。【知识点睛】热力学第二定律的实质
(1)热力学第二定律有两种表述,这两种表述是等价的,由其中的一种能推出另一种。
(2)自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。【误区警示】对热力学第二定律中“自发地”的理解
“自发地”是指热量从高温热库自发地传给低温热库的方向性,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。【典例1】(2012·新课标全国卷)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
E.功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程【解题探究】(1)热力学第一定律的公式________,改变物体内
能的两种方式是_____和_______。
(2)热力学第二定律的两种表述:
开尔文表述:不可能从_________吸收热量使之完全变成功,而
不引起其他影响。
克劳修斯表述:热量不能_______从低温物体传到高温物体。
(3)自然界中与热有关的宏观过程都是_________。ΔU=W+Q做功热传递单一热库自发地不可逆的【解析】选A、C、E。做功和热传递都可以改变物体的内能,选项A正确;由热力学第一定律可知对某物体做功,物体的内能可能增加、不变或减小,故B错;由热力学第二定律可知,通过外界作用可以从单一热源吸收热量,使之完全变为功,可以使热量从低温物体传向高温物体,C正确,D错误;所有的实际宏观热过程都是不可逆的,E正确。【变式训练】根据热力学第二定律,下列说法中正确的是( )
A.不可能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
B.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可以实现的
C.制冷系统能将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气而不引起其他变化
D.不可能使热量由低温物体传递到高温物体,而不引起其他变化【解析】选A、D。热力学第二定律揭示了与热现象有关的物理过程的方向性。机械能和内能的转化过程具有方向性,机械能可以全部转化为内能,而内能要全部转化为机械能必须借助外界的帮助,因而必然引起其他变化,故选项A正确,选项B错误;热传导过程也具有方向性,热量能自发地从高温物体传递到低温物体,但要从低温物体传递到高温物体,必然引起其他变化(外界对系统做功),故选项C错误,选项D正确。主题二 热机和第二类永动机
1.汽车和轮船上用的汽油机、柴油机,火力发电厂和核电站用的蒸汽轮机等都是热机。从能量的角度看,热机的工作分几个阶段?其工作过程是怎样的?
提示：(1)热机的工作分两个阶段,第一个阶段是燃烧燃料,把燃料的化学能转变成工作物质的内能,第二个阶段是工作物质对外做功,把自己的内能变成机械能。
(2)热机从高温热库吸收热量,推动活塞做功,然后向低温热库放出热量。2.汽车发动机工作时,汽缸(燃烧室)是它的高温热库,低温热库在哪里?
提示：汽车发动机工作时低温热库就是汽缸外界的大气。3.我们假想:发明一种热机,并用来对物体做功,将内能全部转化为动能,而不引起其他变化,这是否可能?
提示：热机不能把它得到的内能全部转化为机械能,因为热机必须有热源和冷凝器,热机工作时,总要向冷凝器放热,不可避免地要由工作物质带走一部分热量Q,即使是理想热机,没有摩擦,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中。【知识点睛】
1.热机的特点:
(1)热机不仅仅只有一个热库;
(2)热机的效率不可能达到100%。
2.第二类永动机不能制成的原因:违反了热力学第二定律(不违反能量守恒定律)。
3.第二类永动机不能制成的意义:
(1)机械能可全部转化成内能,但内能不能全部转化成机械能;
(2)机械能和内能的转化过程具有方向性。 【规律方法】热力学第二定律的其他表述形式
热力学第二定律的表述形式除了开尔文表述和克劳修斯表述外,还有多种形式,因为对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。例如还可表述成:
(1)气体向真空的自由膨胀是不可逆的;
(2)第二类永动机不可能制成。
热力学第二定律的表述形式虽然很多,但其本质是统一的。【典例2】(2012·塔城高二检测)热力学第二定律常见的表述方式有两种,其一:不可能使热量由低温物体传递到高温物体而不引起其他变化;其二:不可能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。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 ( )【解题探究】(1)热机工作过程中,必定要_____部分热量,热机
用于做机械功的热量一定_____它从高温热库那里吸收的热量。
(2)“其他变化”在图中表示为由_____指向_________的箭头。
【解析】选B。由图甲可知,使热量由低温物体传递到高温物体
必伴随着压缩机的做功,即引起其他变化;对于第二种方式,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B正确,A、C、D错
误。放出小于热机低温物体【变式训练】关于热机和永动机,下列说法中正确的是 ( )
A.效率为100%的热机是不可能制成的
B.第二类永动机可以制成
C.不需要任何外力做功而可正常运行的制冷机是不可能制成的
D.能把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可以实现的
【解析】选A、C。热机在工作过程中,必然向外排出热量,故热机效率小于100%,故A对;由热力学第二定律可得C对,B错;内能要全部转化为机械能,必须借助外界的帮助,因而一定会引起其他变化,故D错。