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3-3.ppt

復(fù)習(xí)1、熱力學(xué)第一定律2、能量守恒定律,思考：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。那么符合能量守恒的宏觀過程是否都能發(fā)生呢？,熱力學(xué)第二定律,將一塊燒紅的鐵塊投入冷水中，會發(fā)生什么現(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)果會不會鐵塊溫度更高，水的溫度更低？,電冰箱通電后箱內(nèi)溫度低于外部，為什么還會繼續(xù)降溫，直至達(dá)到設(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,貯藏的食品,大氣,電冰箱制冷系統(tǒng),做功,熱傳導(dǎo)的過程是有方向性的，這個過程可以向一個方向自發(fā)地進(jìn)行，但是向相反的方向卻不能自發(fā)地進(jìn)行。要實(shí)現(xiàn)相反方向的過程，必須借助外界的幫助，因而產(chǎn)生其它影響或引起其它變化。,熱傳導(dǎo)的方向性,點(diǎn)擊下圖觀看視頻,思考會不會有這樣的現(xiàn)象：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？,氣體擴(kuò)散具有方向性,氣體擴(kuò)散具有方向性,動畫：氣體擴(kuò)散的方向性,一個在水平地面上運(yùn)動的物體，由于克服摩擦力做功，最后要停下來。在這個過程中，物體的動能轉(zhuǎn)化成為內(nèi)能，使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)是一種把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置,氣缸中的氣體得到燃料燃燒時產(chǎn)生的熱量Q1推動活塞做功W排出廢氣，同時把熱量Q2散發(fā)到大氣中。Q1=W+Q2熱機(jī)效率=W/Q1,熱源,冷凝器,熱機(jī),做功,機(jī)械能和內(nèi)能轉(zhuǎn)化具有方向性。,點(diǎn)擊下圖觀看視頻,思考：有沒有這樣的“逆過程”：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)到了將瓶塞沖開時的壓強(qiáng)。,氣體膨脹具有方向性,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，反映宏觀自然過程的方向性的定律就是熱力學(xué)第二定律（secondlawofthermodynamics).,共同特征：,熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。（克勞修斯表述）,熱力學(xué)第二定律,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?！保?）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，它無需消耗功就能致冷?？藙谛匏贡硎龇穸诉@種可能性。,不可能從單一熱庫吸收，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響。（開爾文表述）,第二類永動機(jī),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。”這種熱機(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??！比绻试S“其他影響”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,2，是按機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程的方向來表述。,兩種表述的實(shí)質(zhì),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(jià)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,Q1熱機(jī)從T1吸熱A熱機(jī)輸出功Q2熱機(jī)從T2吸熱Q1+Q2致冷機(jī)向T1放熱,如果開爾文表述不成立，可制成一個單熱源熱機(jī)，將它同另一個制冷機(jī)組成復(fù)合機(jī)，如圖所示，其總效果相當(dāng)于一個無功致冷機(jī)，于是克勞修斯表述也就不成立。,違背克勞修斯表述一定違背開爾文表述,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(jià)的?？捎梅醋C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。,