3.4 热力学第二定律 课件 2023-2024学年高二物理人教版（2019）选择性必修3(共18张PPT)

(共18张PPT)
第4节 热力学第二定律
第三章 热力学定律
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？
1.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。
2.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。
3.了解能量与能源的区别以及能源的有限性。
知识点一：热力学第二定律
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？
均匀混合的空气与溴气过一段时间会不会自发地变的界线分明？
气体扩散具有方向性
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。
电冰箱制冷系统
贮藏的食品
大气
热量
热量
电源
做功
4.热力学第二定律的开尔文表述：
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。
（1）不仅要从一个热库吸热，而且一定会向另一个热库放热。
（2）机械能可以全部转化成内能，但这个过程是不可逆的。
说明：
第一个阶段是燃烧燃料，把燃料中的化学能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。
热机
5.热力学第二定律两种表述的比较
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
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。
6.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。
7.与热力学第一定律的关系
热力学第一定律是和热现象有关的物理过程中能量守恒的特殊表达形式，说明功及热量与内能改变的定量关系，而第二定律指出了能量转化与守恒能否实现的条件和过程进行的方向，指出了一切变化过程的自然发展方向不可逆，除非靠外界影响。所以二者相互独立，又相互补充。
1.根据热力学第二定律，下列判断不正确的是（ ）
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
练一练
A
2.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
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
B
知识点二：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。
拓展学习
熵及熵增加原理
1.熵：熵可用来表达一个系统的无序程度,系统从有序向无序的发展过程中熵在增加。
2.熵增加原理：在自发过程中,系统总是自发地向无序方向发展,即一个孤立系统的熵值总是不减少的。
热力学第二定律
热传递的方向
热力学第二定律
热力学第二定律克劳修斯表述
热力学第二定律开尔文表述
能源是有限的