2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：3.4热力学第二定律11 张PPT

4　热力学第二定律
1.知道传热、扩散现象、机械能与内能的转化等都具有方向性。了解什么是热力
学第二定律。
2.理解热力学第二定律的两种表述,以及两种表述的物理实质。
3.能运用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移及宏观自然过程的方向
性问题。
4.了解什么是能量耗散和品质降低。
1.一切与热现象有关的宏观自然过程都是①　不可逆????的。如物体间的传热、气
体的膨胀、扩散、有摩擦的机械运动……都有特定的②　方向性????。
2.在物理学中,反映③　宏观自然????过程的④　方向性????的定律就是热力学第二定
律。
1 | 热力学第二定律
1.内容:热量不能⑤　自发????地从低温物体传到高温物体。
2.方向性
(1)热量可以自发地由⑥　高温????物体传给⑦　低温????物体。
(2)热量不能⑧　自发地????由低温物体传给高温物体。
(3)传热是有⑨　方向性????的。
2 | 热力学第二定律的克劳修斯表述
1.热机工作的两个阶段
第一个阶段是燃烧燃料,把燃料中的⑩　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????。
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。
3.理解
(1)热力学第二定律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????用来做功以转化成机械能。
(2)热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述是?　等价????的。
3 | 热力学第二定律的开尔文表述
1.能量耗散
能量在数量上虽然守恒,但其转移和转化却具有?　方向性????。根据热力学第二
定律,分散在环境中的内能?　不能自动聚集????起来驱动机器做功了。这样的转
化过程叫作“能量耗散”。
2.能量品质的降低
能源是指具有?　高品质????的容易利用的储能物质,例如石油、天然气、煤等。
能源的使用过程中虽然能的总量保持守恒,但能量的?　品质????下降了。
4 | 能源是有限的
1.温度不同的两个物体接触时,热量能自发地从高温物体传给低温物体,所以热量
不能由低温物体传给高温物体。?(?????　)
提示:热量可以由低温物体传给高温物体,但这种传递不是自发的。
2.制冷系统能将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气,而不引起其他变化。?
(?????　)
提示:制冷系统消耗了电能,将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气。
3.科技发达后,热机的效率可以达到100%。?(?????　)
提示:由热力学第二定律可知热机的效率不可以达到100%。
4.机械能可以全部转化为内能,而内能不能自发地全部转化为机械能。?(　√　)
提示:机械能与内能的转化是有方向的,内能不能自发地全部转化为机械能。
判断正误，正确的画“ √” ，错误的画“ ?” 。
5.各种形式的能量向内能的转化,是能够自动发生的。?(　√　)
6.能够制成的热机既不违背能量守恒定律,也不违背热力学第二定律。?(　√　)
7.能量耗散使能量的总量减少,违背了能量守恒定律。?(?????　)
提示:根据能量守恒定律,能量耗散不会使能量的总量减少。
8.根据能量守恒定律可知,节约能源是没有必要的。?(?????　)
提示:虽然能量总量不会减少,但能源会逐步减少,因此节约能源是有必要的。
?
| 对热力学第二定律的理解
情境????河水只能从高处流向低处,“奔流到海不复回”,不会自动地从低处流向高
处。成语“覆水难收”指的是一盆水泼出去后是不可能再倒回盆中的。下落的石
头也不会把内能自动转化为动能,使自己重新飞上天去。
问题
1.这些现象说明什么道理?
提示:这些现象说明自然界的宏观过程不可能自动地逆向进行。
2.能否使这些现象逆向进行?
提示:可以使这些现象逆向进行,但不是自发地,必须有第三者的介入。
3.传热的方向性能否简单理解为“热量不会从低温物体传给高温物体”?
提示:不能。能够实现热量从低温物体传给高温物体,如电冰箱,但这不是自发地进
行的,需要消耗电能。
对热力学第二定律的几点理解
(1)克劳修斯表述中“自发”二字指的是:当两个物体接触时,不需要任何第三者的
介入、不会对任何第三者产生任何影响,热量就能从一个物体传向另一个物体。
当两个温度不同的物体接触时,这个“自发”的方向是从高温物体指向低温物体
的。
(2)热量可以自发地从高温物体传向低温物体,却不能自发地从低温物体传向高温
物体。要将热量从低温物体传向高温物体,必须有“外界的影响或帮助”,就是要
由外界对其做功才能完成。
(3)开尔文表述中的“不可能从单一热库吸收热量”,意思是:不仅要从一个热库吸
热,而且一定会向另一个热库放热。“其他影响”指的是:不是不能从单一热库吸
收热量全部用来做功,而是这样做的结果,一定伴随着其他变化或影响;同样,热量也
不是不能从低温物体传到高温物体,而是指不产生其他影响的自动传热是不可能的。
项目
克劳修斯表述
开尔文表述
作用
阐述了传热的方向性;传热的过程可以自发地由高温物体向低温物体进行,但相反方向却不能自发地进行,这是一个不可逆过程
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化成机械能
等价性
和实质
如果克劳修斯表述不成立,则开尔文表述也不成立。不管如何表述,热力学第二定律的实质都是相同的,即一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的
举例
①传热过程的方向性
②扩散现象的方向性
③机械能和内能转化的方向性
④气体向真空中自由膨胀的方向性
⑤电能和内能转化的方向性
热力学第二定律的克劳修斯表述与开尔文表述的对比