3.3 热力学第二定律 课件(共36张PPT） 高中物理鲁科版（2019）选择性必修第三册

(共36张PPT)
第三节 热力学第二定律
教学课件
Teaching Courseware
20XX.XX.XX
第三章 热力学定律
高中物理鲁科版（2019）选择性必修第三册
PART.1
PART.2
PART.3
PART.4
素养目标
新课讲解
新课导入
经典例题
目录
CONTENTS
PART.2
PART.4
课堂练习
课堂小结
1.知道什么是可逆过程与不可逆过程,知道热传递的方向性。
2.掌握热力学第二定律的两种表述,并能用热力学第二定律解释第二类永动机不能制成的原因。
素养目标
新课导入
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。
覆水难收、破镜难圆。水从高山流到河谷，不可能自动地流回高处；一滴墨水滴入一杯清水，最终会均匀地扩散开来，不可能再自动地凝成一滴墨水。
新课讲解
撒了气的气球，是否可以自发的把散掉的气体重新收集起来？
融化的冰糕，是否可以在同温下是否可以重新凝固？
新课讲解
New lesson explanation
新课讲解
一、可逆过程与不可逆过程
一杯开水放在空气中，温度会逐渐降低，最后与室温相同。
但如果要让己冷却的水温度升高，就必须给它加热，消耗外界的能量。
自然界中与热现象有关的宏观过程不可能自动地逆向进行。要使它们逆向进行，就必须由外界对它们施加影响。
众多现象表明：
新课讲解
1.可逆过程：一个系统由某一状态出发，经过某一过程到达另一状态，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，则原来的过程称为可逆过程。
2.不可逆过程：如果用任何方法都不能使系统和外界完全复原，则原来的过程称为不可逆过程
新课讲解
热量可自发地由高温物体传给低温物体，或者由物体的高温部分传给低温部分。但是，从未发现过热量自发地由低温物体传给高温物体，或由物体的低温部分传给高温部分，尽管这样的过程并不违背热力学第一定律。
热传递是不可逆过程，具有方向性。
新课讲解
转动着的飞轮在撤除动力后，会因摩擦而逐渐停下来。在这一过程中，机械能转化为内能，轴和飞轮的温度升高。而相反的过程（即轴和飞轮自动地冷却，内能重新转变为机械能而使飞轮转起来）却不会发生，尽管它并不违背热力学第一定律。
新课讲解
在焦耳的叶轮搅水实验中，重物可自动下落，使叶轮在水中转动，与水相互摩擦使水温上升，这是机械能转化为内能的过程。与此相反的过程，即水温自动降低，产生水流，推动叶轮转动，带动重物上升的过程是不可能发生的，尽管这样的过程不违背热力学第一定律。
功热转化这一热现象是不可逆的，具有方向性。
新课讲解
思考：满足能量守恒定律的过程是否都能实现呢
无数事实告诉我们，凡是实际的过程，一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。
物体间的传热
气体的膨胀
扩散现象
有摩擦的机械运动
热现象
特定的方向
温度由高到低
体积由小到大
密度由密到疏
由机械能到内能
反映宏观自然过程的方向性的定律就是热力学第二定律。
新课讲解
二、热力学第二定律及第二类永动机
为了阐明自然过程发生的方向，在大量研究的基础上，克劳修斯和开尔文分别提出了热力学第二定律的两种表述：
克劳修斯
1.克劳修斯表述：
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。
新课讲解
（1）这一表述阐述了物体间传热过程的方向性，并不是热量不能从低温物体转移到高温物体，只是热量不能自发地从低温物体转移到高温物体。
（2）自发性：
表述中的“不引起其他变化”是指外界不需要做功。如果外界做了一定的功，把热量从低温物体传到高温物体是完全可能的。
自发
外界做功
外界环境发生变化
低温
高温
不需要第三者介入、也不会对任何第三者产生影响
新课讲解
电冰箱通过电流做功，把热量从冰箱内温度较低的冷冻室、冷藏室传到冰箱外温度较高的空气中，但这一过程要消耗电能，即引起了“其他变化”
冰箱制冷工作原理
新课讲解
2.热机
热机是消耗内能对外做功的一种装置。
热机必须工作在两个温度不同的热源之间，通过工作物质，将从高温热源吸收的热量，一部分用来对外做功，另一部分传给低温热源。
例如，汽车的发动机、飞机的喷气发动机、火力发电站和核能发电站的蒸汽轮机等都是热机。
新课讲解
研究表明:
热机必须工作在两个温度不同的热源之间，通过工作物质，将从高温热源吸收的热量，一部分用来对外做功，另一部分传给低温热源。如图所示。热机工作时，向低温热源放出的热量完全损耗掉了，而损耗的热量不可能再自动地收集起来。因此，热机对外做的功W总是小于其从高温热源吸收的热量Q.物理学中，把热机对外做的功跟它从高温热源吸收的热量的比值称为热机的效率，用η表示，即由此可见，热机的效率
新课讲解
3.热力学第二定律的开尔文表述：
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。
指温度恒定而均匀的热源
指唯一效果是热量全部转变为功，而外界及系统都不发生任何变化。
这一表述阐述了功热转化的方向性。事实上，不是热不能完全转化为功，而是在不引起其他变化或不产生其他影响的条件下，吸收的热量不能完全用来对外做功。
理想气体经等温膨胀过程，系统内能不变，系统吸收的热量全部对外做功，但引起了其他变化，即系统的体积膨胀了。
新课讲解
这种从单一热源吸取热量并使之完全转化为功而不引起其他变化的机器称为第二类永动机。
第二类永动机虽然不违背热力学第一定律，但违背了热力学第二定律，也不可能实现的。所以，热力学第二定律也可以表述为：第二类永动机是不可能实现的。
历史上曾有人梦想制造一种机器，它可直接从海洋或大气中吸取热量，使之完全转变为机械功。他们认为，海洋和大气的热量是取之不尽的，因而这种机器可永不停息地运转做功。
第二类永动机工作原理设想示意图
新课讲解
经典例题
Classic Example
经典例题
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
A
经典例题
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
经典例题
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
课堂练习
Classroom Practice
课堂练习
1.能量观是物理学基本观念之一，下列各组物理规律都是能量守恒定律的特殊表现的是( )
A.闭合电路的欧姆定律、楞次定律
B.牛顿第二定律、热力学第二定律
C.光电效应方程、电阻定律
D.机械能守恒定律、动量守恒定律
课堂练习
1.答案：A
解析：闭合电路的欧姆定律、楞次定律、光电效应方程、机械能守恒定律都是能量守恒定律的特殊表现。
故选A。
课堂练习
2.人类不但掌握了精准测温控温的方法，还可以人工产生高热和深冷，在高热和深冷的“世界”里不断发现新的科学奇迹，下列关于热力学定律的说法正确的是( )
A.外界对物体做功，物体的内能必定增加
B.一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的
C.所有符合能量守恒定律的宏观过程都能自发的进行
D.可能从单一热源吸收热量，使之完全变为功而不引起其他影响
课堂练习
2.答案：B
解析：A.外界对物体做功，若同时物体放出热量，物体的内能可能减小，故A错误；
BC.根据热力学第二定律可知，一切与热现象有关的自然过程都是不可逆的，比如机械能可以全部转化为内能，而内能无法全部用来做功以转换成机械能，即符合能量守恒定律的宏观过程不一定能自发的进行，故B正确，C错误；
D.根据热力学第二定律的开尔文表述，不可能从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响，故D错误。
故选B。
课堂练习
3.下列说法正确的是( )
A.一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的
B.做功和热传递都可以改变内能，二者本质相同
C.第二类永动机违背了能量守恒定律，是不可能实现的
D.一定质量的理想气体，等压膨胀的过程中，向外界放出热量
课堂练习
课堂练习
4.一定质量的理想气体从状态a开始，第一次经等温变化到状态b；第二次先经等压变化到状态c，再经等容变化到状态b。则( )
A.a→b过程，气体向外界放热
B.a→c过程，气体内能增大
C.热量可以自发地从低温物体传到高温物体
D.气体在状态c时比在状态b时单位时间内撞
击在单位面积上的分子数多
课堂练习
课堂小结
Class Summary
课堂小结
热力学第二定律
4.第二类永动机不可能实现
1.可逆过程与不可逆过程
功热转化这一热现象是不可逆的，具有方向性。
3.热力学第二定律的开尔文表述：
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。
2.克劳修斯表述：
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。
感谢观看
THANK YOU