10.4-10.6热力学第二定律—人教版高中物理选修3-3课件(共22张PPT)

(共22张PPT)
10.4
热力学第二定律
提问
1.热力学第一定律的内容；
2.热力学第一定律的表达式及符号法则；
3.如何运用气体实验定律和热力学第一定律求传递的热量？
学习目标
1.克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。
2．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。
3．热机的效率：热机输出的机械功W与燃料产生的热量Q的比值，即
W4．第二类永动机不可能制成。
定义：
物理学中反映宏观自然过程的方向性的
定律就是热力学第二定律。
一、热力学第二定律
1．克劳修斯表述
热量不能自发地从低温物体传到高温物体，这就是热力学第二定律的克劳修斯表述，阐述的是热传递的方向性。
二、热力学第二定律的两种表述
自发的方向是:
从高温物体指向低温物体。
二、热力学第二定律的两种表述
2．开尔文表述
（1）热机工作过程：吸气、压缩、做功、排气四个过程，排出废气的过程是必不可少的。故
（<
）
（2）内容: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。(即吸收的热量不能完全用来对外做功转化为机械能。)
注意：机械能与内能转化具有方向性
,
机械能可以全部转化为内能，而内能无法全部用来做功，以转化成机械能。
3．对热力学第二定律的理解
热力学第二定律的两种表述是等价的，也可以表述为：
（1）气体向真空的自由膨胀是不可逆的。
（2）一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，
具有方向性。
（3）第二类永动机不可能制成。
二、热力学第二定律的两种表述
4．第二类永动机（违反了热力学第二定律）
(1)定义：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。
(2)第二类永动机不可能制成的原因：虽然第二类永动机不违反能量守恒定律，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的功，就不可避免地将一部分热量传给低温热库。
二、热力学第二定律的两种表述
10.5
热力学第二定律的微观解释
学习目标
1.热力学第二定律的微观意义：一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。
2．热力学第二定律可叫做熵增加原理：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小。
1．有序、无序
一个系统的个体按确定的某种规则，有顺序地排列即有序；个体分布没有确定的要求，“怎样分布都可以”即无序。有序和无序是相对的。
2．宏观态、微观态
系统的宏观状态即宏观态，系统内个体的不同分布状态即微观态。
如果一个
“宏观态”对应的“微观态”
比较多，就说这个“宏观态”
是比较无序的。
3.一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。这就是热力学第二定
律的微观意义。
一、热力学第二定律的微观解释
二、熵及熵增加原理
(1)熵：表达式S＝kln
Ω，k叫做玻耳兹曼常量，Ω表示一个宏观状态所对应的微观状态的数目。S表示系统内分子运动无序性的量度，称为熵。
(2)熵增加原理：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小。
10.6
能源和可持续发展
学习目标
能量耗散虽然不会导致能量总量的减少，却会导致能量品质的降低，实际上是将能量从高度有用的高品质形式降低为不大可用的低品质形式。
能量耗散和品质降低
(1)能量耗散：能量分散到环境中无法重新收集起来加以利用的现象。
(2)
能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的自发变化过程具有方向性。
(3)能量耗散虽然不会导致能量总量的减少，却会导致能量品质的降低，
实际上是将能量从高度有用的高品质形式降级为不大可用的低品质形式。
一、能源和可持续发展
1．两种不同的金属丝组成一个回路，触点1插在热水中，触点2插在冷水中（如图所示），电流表指针会发生偏转，这就是温差发电现象，有关温差发电现象的说法中正确的是（　　）
A．因为该实验中热水减小的内能将全部转化为冷水的内能，
所以热水的温度降低，冷水的温度升高
B．因为内能全部转化为电能，所以该实验中热水的温度降低，冷水的温度不变
C．该实验符合能量守恒定律，但违背了热力学第二定律
D．该实验中热水的部分内能要转化为电路的电能
课后练习
D
2．对“覆水难收”的叙述正确的是（　
　）
A．盛在盆中的水是一种宏观态，因盆子的因素，对应的微观态数目较少，较为有序
B．盛在盆中的水是一种宏观态，因盆子的因素，对应的微观态数目较多，较为无序
C．泼出的水是一种宏观态，因不受器具的限制，对应的微观态数目较多，较为无序
D．泼出的水是一种宏观态，因不受器具的限制，对应的微观态数目较少，较为有序
课后练习
AC
3．下列哪些现象能够发生，并且不违背热力学第二定律（
　）
A．一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热
B．蒸汽机把蒸汽的内能全部转化为机械能
C．桶中混浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离
D．电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体
E．空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量
课后练习
CDE
4．由热力学第二定律可知（　　
）
A．热量不能从低温物体传递给高温物体
B．第二类永动机不可能制成
C．一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展
D．蒸汽机可以把蒸汽的内能全部转化成机械能，而不产生其他影响
课后练习
BC
5．太阳能热水器是利用太阳能来加热水的设备，在我国城乡许多屋顶上都可以看到。太阳单位时间直射到地面单位面积的能量为E0＝7×103J/（m2?s）。某热水器的聚热面积S＝2m2，若每天相当于太阳直射的时间为t＝4h，太阳能的20%转化为水的内能，计算这个热水器最多能使m＝500kg的水温度升高多少？
课后练习
【解答】解：根据题意可知，一天当中被热水器吸收且转化为水的内能的太阳能为Q＝E0?S?t?20%，这部分能量就等于被水吸收的能量Q吸＝cm△t。
即Q＝Q吸代入数值得△t＝19.2℃。
所以这个热水器最多能使500kg的水温度升高19.2℃。
6．某地强风风速为14m/s，设空气密度为ρ＝1.3kg/m3，通过横截面积为400m2的风的能量使该区域内的风力发电机转动，其中风能的20%转化为电能，
则该发电机的功率是多大？
课后练习
【解答】解：射发电机的功率为P，时间为t，由能量守恒可知：
Pt=
ρ
(vt
?
s)v2×20%
将：ρ＝1.3kg/m3，S＝400m2，v＝14m/s
代入解得：P≈1.43×105W
1.整理本章内容；
2.错题重做。
作业