四、热力学第二定律：24张PPT

(共24张PPT)
选修1—2
聚焦国际重大时事——海湾战争
战争的起因大约有以下几类：
1、能源、资源的所有权争端；2、宗教，信仰，意识形态的冲突；3、领土主权的归属。
目前来说，石油引发的战争最常见。
1991年的伊拉克海湾战争，基本上可以用石油掠夺来盖棺定论。
海湾战争到底争的是什么？
聚焦国际重大时事——海湾战争
石油
石油意味着什么？
能源和动力
地球上有大量的海水,它的总质量约为1.4×1018 t , 如果这些海水的温度降低0.1oC,将要放出多少焦耳的热量?海水的比热容为C=4.2×103J/(kg·℃)
我们在初中学过，当物体温度升高时，就要吸收热量；当物体温度降低时，就要放出热量。而且热量公式为Q = cmΔt。
能否开发新能源？ 能否制成永动机？
放出5.8×1023J的热量，这相当于1800万个核电站一年的发电量。
能否开发新能源？ 能否制成永动机？
我们为什么不去开发这样的新能源呢？
我们为什么不制造从单一热源不间断地吸收热量从而源源不断地做功的机器呢？
这些想法违背了能量守恒定律了吗？
那到底问题出在哪个地方？
1.了解热传导过程的方向性，明白自然过程具有方向性；

2.知道什么是第二类永动机并理解其不可能制成的原因；

3.理解热力学第二定律的两种不同表述以及这两种表述的实质；

4.能根据热传导的方向性和热力学第二定律分析判断生产生活中的热现象发生的原因；

5.能够从物理、哲学、数学等不同角度对热力学第二定律有所体会，对认识世界有指导作用。
四、热力学第二定律
1.英语叙事中，常常会用到：firstly , secondly , next , and then , finaly等步骤性词语
2.我们都在说“世上没有后悔药”的道理
3.常有人发出“先有鸡还是先有蛋”的疑问
4.花虽有重开日，人却无再少年
5.落叶流水不复返 ……
落叶流水不复返
自然过程的方向性
自然过程的方向性
请各小组谈论研究，举一具体实例，经组内统一意见后将本组结果发送到“课堂研究成果共享平台”。
一切的自然过程都是具有方向性的。
自然界一切变化过程都具有方向性，朝某些方向的变化是可以自发发生的，相反方向的变化却是受到限制的。

如果要使变化了的事物重新恢复到原来的状态，一定会对外界产生无法消除的影响，这就是自然过程的不可逆性。
自然过程的方向性
落叶永离，覆水难收。
死灰不能复燃
自然过程的方向性
一杯烧开的水，会向周围的空气散发热量，一段时间后，水会和周围空气的温度一样高。
如果在开水中放入冰块，冰块就会从水中吸热并融化，水会冰凉，但是过一段时间后水温还是会和室温一样的。
结论：
热传递过程具有不可逆性（具有方向性）
两个温度不同的物体相互接触，热量总是从 物体流向 物体，直到两个物体 。
高温
低温
温度相同
自然过程的方向性
从来没有发生过热量从低温物体自发地流向高温物体的现象。
例如电冰箱就是
热量从低温物体
流向高温物体。
电冰箱热量从低
温物体流向高温
物体，但不是自
发的。
要使热量从低温物体流向高温物体，使两物体温差越来越大，并非完全不可能，只是不能自发地进行。
自然过程的方向性
打开阀门，容器A中的气体会自发地向容器B中膨胀。最后两容器都充满气体。
容器B中的气体能否自发地流入容器A,使B中成为真空?
扩散现象也具有不可逆性（具有方向性）。

可以让B中的气体流入A中，但那会引起其他变化。
热机效率和第二类永动机
热机是一种把内能转化为机械能的装置。
任何一台热机，它的工作物质获得热量并对外做功之后，一定会将剩余的热量排向冷凝器。
气缸中的气体得到燃料燃烧时产生的热量Q1

推动活塞做功W

排出废气，同时把热量Q2散发到大气中。
热源
冷凝器
热机
根据能量守恒定律，三个量之间的关系为：
在物理学中，热机效率用η表示，定义为热机所做的功与它所吸收热量的比值，即：
热机效率和第二类永动机
热机总要向冷凝器散热，所以不可能把它吸收的热量全部转化为机械能，即总会有：Q1>W。
思考：
热机效率η的取值范围是怎样的呢？
如果能设计这样一种机器，它能从高温热库吸取热量后全部用来做功，而不向低温热库排出热量，这种机器的机械效率不就达到了100%了吗？
人们把这种仅从单一热库吸热，同时不间断地做功的永动机称为第二类永动机。
如何让机械效率达到100%？
为什么第二类永动机不能制成？
W.汤姆孙（开尔文）归纳了所有热机的工作过程，指出：
工作物质不可能把吸收的热量全部变成功而不产生其他影响。
第二类永动机不可能制成，说明了机械能与内能间的转化过程具有方向性。
机械能可以全部转化为内能，但内能不能全部转化机械能而不引起其他变化。
热力学第二定律
人们分析了自然现象的不可逆性，总结了第二类永动机不可能制成的事实，确立了热力学第二定律。
表述一：
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。
表述二：
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。
也可表述为：不可能制成第二类永动机。
两种表述是等价的，能从一种表述导出另外一种表述，两种表述都称为热力学第二定律。
表述一：按热传递的方向性来表述
表述二：按机械能与内能转化过程的方向性
来表述。
下列说法正确的是 ( )
A．在自然条件下，热传递的过程是不可逆的
B．热量不可能由高温物体传递给低温物体
C．气体的扩散过程具有方向性
D．一切形式能量转化都不具有方向性
根据热力学第二定律，可知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，而不引起其它变化
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，而不引起其它的变化的热机是可实现的
C．致冷系统能将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气中而不引起其它变化
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
AD
AC
热力学第二定律
热力学第二定律揭示了有大量分子参与的宏观过程的方向性。（自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性）。

是独立于热力学第一定律的一个重要的自然规律。
不管如何表述，热力学第二定律的实质在于揭示了：一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。
1.分析课本34页“问题与练习”，伙伴间相互谈论研究，有疑惑的询问老师；

2.根据本节所学，再次分析节约能源是否有意义；

3.试举出提高能量使用效率举措二三例；
4.试着设计一台“永动机”；

5.根据本节所学，就热力学第二定律写一篇关于自然过程具有方向性的心得（400字左右，从不同角度，如哲学、数学、物理学等）。
5个任务最
少完成4个
祝愿同学们学习进步，生活愉快！