湖南省長郡中學(xué)高中物理 第十章 第四節(jié) 熱力學(xué)第二定律課件 新人教版選修33

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1、復(fù)習(xí)1 1、熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第一定律2 2、能量守恒定律、能量守恒定律思考：思考：根據(jù)能量守恒定律，在自然界發(fā)生根據(jù)能量守恒定律，在自然界發(fā)生的一切過程中能量都是守恒的。那么符合的一切過程中能量都是守恒的。那么符合能量守恒的宏觀過程是否都能發(fā)生呢？能量守恒的宏觀過程是否都能發(fā)生呢？ 將一塊燒紅的鐵塊將一塊燒紅的鐵塊投入冷水中，會發(fā)生投入冷水中，會發(fā)生什么現(xiàn)象什么現(xiàn)象？ 鐵塊的溫度降低，水的溫度升高，最終兩者溫度相同 將燒紅的鐵塊投入水中，結(jié)將燒紅的鐵塊投入水中，結(jié)果會不會果會不會鐵塊溫度更高，鐵塊溫度更高，水的水的溫度更低？溫度更低？ 電冰箱通電電冰箱通電后箱內(nèi)溫度低后箱內(nèi)溫度低于外部，

2、為什于外部，為什么還會繼續(xù)降么還會繼續(xù)降溫，直至達(dá)到溫，直至達(dá)到設(shè)定的溫度？設(shè)定的溫度？ 因?yàn)殡姳湎牧穗娔?，對制冷系統(tǒng)做了功，一旦切斷電源，電冰箱就不能把其內(nèi)部的熱量傳給外界的空氣了相反，外界的熱量會自發(fā)地傳給電冰箱，使其溫度逐漸升高 貯藏的貯藏的食品食品大氣大氣電冰箱制冷系統(tǒng) 點(diǎn)擊下圖觀看視頻點(diǎn)擊下圖觀看視頻 思考思考 會不會有這樣的現(xiàn)象：會不會有這樣的現(xiàn)象：均勻混合的空氣與均勻混合的空氣與溴氣過一段時間會自發(fā)地變的界線分明溴氣過一段時間會自發(fā)地變的界線分明 ？動畫：氣體擴(kuò)散的方向性動畫：氣體擴(kuò)散的方向性 一個在水平地面上運(yùn)動的物一個在水平地面上運(yùn)動的物體，由于克服摩擦力做功，最體，由于

3、克服摩擦力做功，最后要停下來。在這個過程中，后要停下來。在這個過程中，物體的動能轉(zhuǎn)化成為內(nèi)能，物體的動能轉(zhuǎn)化成為內(nèi)能，使使物體和地面的溫度升高。物體和地面的溫度升高。 我們能不能看到這樣的現(xiàn)象：一個放在水平地面上的物體，靠降低溫度，可以把內(nèi)能自發(fā)地轉(zhuǎn)化為動能，使這個物體運(yùn)動起來 有人提出這樣一種設(shè)想，發(fā)明一種熱機(jī)，用它把物體與地面摩擦所生的熱量都吸收過來并對物體做功，將內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為動能，使因摩擦停止運(yùn)動的物體在地面上重新運(yùn)動起來，而不引起其它變化 熱機(jī)是一種把熱機(jī)是一種把內(nèi)能內(nèi)能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為機(jī)械能機(jī)械能的裝置的裝置 氣缸中的氣體得到氣缸中的氣體得到燃料燃燒時產(chǎn)生的燃料燃燒時產(chǎn)生的熱量熱量Q1

4、 推動活塞做功推動活塞做功W 排出廢氣，同時把排出廢氣，同時把熱量熱量Q2散發(fā)到大氣散發(fā)到大氣中。中。 Q1=W+Q2 熱機(jī)效率熱機(jī)效率=W/Q1熱源熱源冷凝器冷凝器熱機(jī)熱機(jī)點(diǎn)擊下圖觀看視頻點(diǎn)擊下圖觀看視頻 思考：思考：有沒有這樣的有沒有這樣的“逆過程逆過程”：從瓶中沖出：從瓶中沖出去的氣體又自動回到瓶中，瓶中氣體的壓強(qiáng)達(dá)到了去的氣體又自動回到瓶中，瓶中氣體的壓強(qiáng)達(dá)到了將瓶塞沖開時的壓強(qiáng)。將瓶塞沖開時的壓強(qiáng)。 一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是不可逆的。 在物理學(xué)中，反映宏觀自然過程在物理學(xué)中，反映宏觀自然過程的方向性的定律就是熱力學(xué)第二定律的方向性的定律就是熱力學(xué)第二定律（second la

5、w of thermodynamics).second law of thermodynamics).共同特征：共同特征：熱量不能自發(fā)地從低溫?zé)崃坎荒茏园l(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。物體傳到高溫物體。（克勞修斯表述）（克勞修斯表述）說明： （1）克勞修斯表述中強(qiáng)調(diào)了“在不引起其它的變化的條件下，熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體?！?（2）如果允許“其它變化”，例如利用致冷機(jī)做功，熱量可以從低溫物體傳到高溫物體上，而致冷機(jī)做功就屬于“其它變化”。 （3）如果設(shè)想克勞修斯表述不成立，即在無任何外界做功的情況下，熱量就能從低溫?zé)嵩磦飨蚋邷責(zé)嵩?。按此設(shè)想就可制成一種無功致冷機(jī)，如圖所示，它無需消耗

6、功就能致冷。克勞修斯表述否定了這種可能性。不可能從單一熱庫吸收，不可能從單一熱庫吸收，使之完全變成功，而不產(chǎn)生使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響。其他影響。（開爾文表述）（開爾文表述）熱源熱源熱機(jī)熱機(jī)冷凝器冷凝器說明： （1）開爾文表述否定了第二類永動機(jī)的可能性。歷史上曾有人企圖制造“一種循環(huán)動作的熱機(jī)，只從單一熱源吸收熱量，使之全部變?yōu)楣Γ幌虻蜏責(zé)嵩捶懦鰺崃?，或者說不引起其它變化?！边@種熱機(jī)稱為第二類永動機(jī)或單熱源熱機(jī)，其效率=100%。雖然它不違背熱力學(xué)第一定律，但它違背了熱力學(xué)第二定律的開爾文表述。 （2）開爾文表述中強(qiáng)調(diào)了“在不產(chǎn)生其他影響的條件下，熱不能全部變?yōu)楣?。”如果允許“其他

7、影響”發(fā)生，熱可以全部變?yōu)楣?。例如氣缸中理想氣體作等溫膨脹時，氣體從恒溫?zé)嵩次盏臒崃烤涂梢匀坑脕韺ν庾龉?。但氣體“體積和壓強(qiáng)”發(fā)生了變化，它不能循環(huán)動作返回原狀態(tài)。1，按熱傳遞的方向性來表述，按熱傳遞的方向性來表述2，是按機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過，是按機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程的方向來表述。程的方向來表述。 任何一類宏觀自然過程進(jìn)行方向的說明都可以作為熱力學(xué)第二定律的表述。 開爾文表述實(shí)質(zhì)說明功變熱過程的不可逆性，克勞修斯表述則說明熱傳導(dǎo)過程的不可逆性，兩種表述是等價的?？捎梅醋C法證明。違背開爾文表述一定違背克勞修斯表述違背開爾文表述一定違背克勞修斯表述 Q Q1 1熱機(jī)從熱機(jī)從T T1 1吸熱吸熱A

8、 A 熱機(jī)輸出功熱機(jī)輸出功Q Q2 2熱機(jī)從熱機(jī)從T T2 2吸熱吸熱Q Q1 1+ +Q Q2 2致冷機(jī)向致冷機(jī)向T T1 1放熱放熱 如果開爾文表述不成立，可制成一個單熱源熱機(jī)，將它同如果開爾文表述不成立，可制成一個單熱源熱機(jī)，將它同另一個制冷機(jī)組成復(fù)合機(jī)，如圖所示，其另一個制冷機(jī)組成復(fù)合機(jī)，如圖所示，其總效果總效果相當(dāng)于一個無相當(dāng)于一個無功致冷機(jī)，于是克勞修斯表述也就不成立。功致冷機(jī)，于是克勞修斯表述也就不成立。違背克勞修斯表述一定違背開爾文表述違背克勞修斯表述一定違背開爾文表述 T2低溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩?Q2熱量通過假想裝置自熱量通過假想裝置自動地從動地從T2傳向傳向T1Q1卡諾熱機(jī)從卡諾熱機(jī)從T1吸熱吸熱A 卡諾熱機(jī)對外作功卡諾熱機(jī)對外作功 開爾文表述實(shí)質(zhì)說明功變熱過程的不可逆性，克勞修斯表述則說明熱傳導(dǎo)過程的不可逆性，兩種表述是等價的。可用反證法證明。 如果克勞修斯表述不成立，則可制成一個無功致冷機(jī)，將它如果克勞修斯表述不成立，則可制成一個無功致冷機(jī)，將它同另一個熱機(jī)組成復(fù)合機(jī)，如圖所示，就可使復(fù)合機(jī)成為一單熱同另一個熱機(jī)組成復(fù)合機(jī)，如圖所示，就可使復(fù)合機(jī)成為一單熱源熱機(jī)，即開爾文表述也不成立。源熱機(jī)，即開爾文表述也不成立。