3.4 热力学第二定律 课件(共19张PPT)2024-2025学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

(共19张PPT)
3.4热力学第二定律
把刚煮好的热鸡蛋放在冷水中，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現象: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温度自发上升，生蛋变成熟蛋？
热量自发地由高温物体向低温物体传递的过程是不可逆的。
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。，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？
扩散现象进行是有方向的,过程是不可逆的。
能量守恒定律告诉我们，在自然界发生的一切过程中能量都是守恒的，一个导致能量创生或能量消灭的过程是不可能出现的。然而，并不是所有符合能量守恒定律的宏观过程都能真的发生。
无数事实告诉我们，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
都有特定的方向
温度由高到低
体积由大到小
由密到疏
由功到热
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：在物理学中，反映宏观自然过程的方向性的定律。
3．热力学第二定律的克劳修斯表述：
热量不能自发地从低温物体传到高温物体。
（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。
高温
低温
自发
低温
高温
自发
电冰箱的内部温度比外部温度低，为什么致冷系统还能不断地把箱内热量传给外界的空气？继续降温，直至达到设定的温度。
电冰箱工作时违反热力学第二定律吗？
贮藏的食品
大气
电冰箱制冷系统
热量
热量
电源
做功
因为电冰箱消耗了电能，对制冷系统做了功，一旦切断电源，电冰箱就不能把其内部的热量传给外界的空气了。相反，外界的热量会自发地传给电冰箱，使其温度逐渐升高。
①热机：是一种把内能转化为机械能的装置。
②工作原理和过程：
第一阶段燃料燃烧，把化学能转化为内能
尾气排放等
Q损
第二阶段工作质对外做功，把内能转化为机械能。
Q
热机
W
二、热力学第二定律的另一种表述
由能量守恒定律知道 Q = W +Q损
热机的效率
燃料产生的热量Q
输出机械功W
漏气热损
散热热损
摩擦热损
③效率：
Q损
思考：如果没有漏气、没有摩擦，也没有机体热量的损失，这样的热机的效率是不是100％？
行驶过程中，热机燃料在燃烧，（高温）
空气，它的温度怎么样都比气缸内的温度低吧，（低温）
自发传热
所以热机必然会有损耗，这样的热机的效率永远不是100％
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。
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
开尔文表述阐述了机械能与内能转化的方向性：
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。
热力学第二定律的上述两种表述是等价的，可以从其中一种表述推导出另一种表述。
1、克劳修斯表述：
按热传递的方向性来表述：热量不能自发从低温物体传到高温物体。
2、卡尔文表述：
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。（效率）
三、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
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。
1．能量耗散：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。
2．能源：是指具有高品质的容易利用的储能物质。
四、能源是有限的
熵与熵增加原理
自然界的很多过程是不可逆的
例如，一个容器被隔板均分为A、B两部分，一定量的气体处于容器A中，而B为真空。抽取隔板K，A中的气体就会扩散到B中，最后整个容器的A、B两部分都均匀地分布了这种气体。这个过程显然是不可逆的。
1850年，克劳修斯首次提出熵的概念，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。在物理学中，不与外界进行物质和能量交换的系统叫作孤立系统。
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，这就是熵增加原理。
1．下列说法正确的是（ ）
A．机械能全部变成内能是不可能的
B．第二类永动机不可能制造成功的原因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变成功是可能的
D
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
【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。
3.［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
3.4 热力学第二定律
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
克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。
开尔文表述：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。（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。）
二、永动机
1、第一类永动机：不消耗任何能量，可以不断地对外做功(或只给予很小的能量启动后,可以永远运动下去),违背了能量守恒定律
2、第二类永动机：将内能全部转化为机械能，而不引起其他变化，违背了热力学第二定律