高二物理热力学定律5—6节 章末小结人教实验版知识精讲

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1、高二物理热力学定律5—6节章末小结人教实验版【本讲教育信息】一.教学内容：热力学定律5—6节章末小结知识要点：1.明确什么是有序和无序、宏观态和微观态2.理解热力学第二定律的微观意义3.了解熵的概念，会用熵解释热力学第二定律4.知道能量耗散，了解能源与人类社会环境的关系重点、难点解析：一.热力学第二定律的微观意义1.有序和无序确定某种规则，符合这个规则的就是有序的，不符合确定的规则和要求的分布是无序的。2.宏观态和微观态规定了某种规则，我们就规定了一个“宏观态”，这个“宏观态”可能包含一种或几种“微观态”，不同的“宏观态

2、”对应的微观态的个数不同。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.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。我们所说的有序状态，指的是对应着较少微观态的那样的宏观态。自发的过程总是倾向于出现与较多微观态对应的宏观态，因此自发的过程总是从有序向着无序发展的。4.熵（1）熵的概念物理学中用字母表示一个宏观状态所对应的微观状态的数目，用字母S表示熵SkLn式中k叫做玻耳兹曼常数。微观态的数目是分子运动无序性的一种量度，由于越大，熵S也越大，那么

3、熵S自然也是系统内分子运动无序性的量度。（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，从微观角度看，热力学的第二定律是一个统计规律：一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，而熵值较大代表着较为无序，所以自发的宏观过程总是向无序度更大的方向发展。因此，热力学第二定律又叫做熵增加原理。例1.两个温度不同的物体接触时，热量会自发地从高温物体传向低温物体，直到两者温度相等；一个温度处处相等的物体，不可能自发地变得一部分温度高、另一部分温度低。怎样从分子热运动的角度解释热传递的这种方向性？解析：两个物体温度不

4、同，分子热运动的平均动能不同，一个物体分子平均动能大，另一个分子平均动能小，总体上看。分子热运动的分布较为有序，能量适当集中，而热量由高温物体传到低温物体的过程中，能量变的分散和退降，分子热运动的分布较为无序。由于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。所以热传递是由高温物体传向低温物体的，热传递具有方向性。例2.热力学第二定律的开尔文表述指出：内能与机械能的转化具有方向性。请结合熵的变化加以解释。解析：机械运动是宏观情况下物体在空间位置上的变化，物体运动状态的变化完全遵循牛顿运动定律所反映的因果关系，这是

5、一种有序的运动。热运动是大量分子的无规则运动，系统的一个宏观状态包含着大量的微观状态，这是一种无序的运动。机械运动向热运动的转化，属于从有序向无序的转化，会导致熵的增加，符合热力学的规律，因此机械能可以全部转换化为内能。反之，热运动向机械运动的转化，属于从无序向有序的转化，即从高熵向低熵转化，不符合熵增加原理，因此内能向机械能的转化不能全部实现。二.能量耗散和品质降低1.（1）能量耗散集中度较高且有序度较高的能量（如机械能、电能、化学能等），当它们变为环境的内能后，就成为更加分散且无序度更大的能量，我们无法把这些分散的内

6、能重新收集起来加以利用，这样的转化过程叫做能量耗散。（2）能量品质降低各种形式的能量向内能的转化，是微观领域内无序程度较小向无序程度较大的转化，是能够自动发生、全额发生的。而内能向机械能的转化过程，由热力学第二定律知道，这种转化是有条件的，即环境中必须存在着温度差，而且内能不能全额转化为机械能。因此，从可被利用的价值来看，内能较之机械能、电能等，是一种低品质的能量.说明：①能量耗散虽然不会使能的总量减少，却会导致能量品质的降低，它实际上将能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式。煤、石油、天然气等能源储存着高品质的能量，

7、在利用它们的时候，高品质的能量释放出来并最终转化为低品质的内能。②能量虽然不会减少但能源会越来越少，所以要节约能源。2.能源与环境（1）常规能源：煤、石油、天然气化石能源：煤、石油（2）能源分类：①不可再生能源：如煤、石油、天然气等②可再生能源：如风能、水能等（3）化石能源造成的环境污染主要有：①温室效应大量燃烧石油、煤炭、天然气等产生的二氧化碳气体，增大了大气中二氧化碳的含量，由于二氧化碳对长波的辐射有强烈的吸收作用，且像暖房的玻璃一样，只准太阳光的热辐射进来，不让室内长波的热辐射出去，使地球气温上升，这种效应叫温室效

8、应。温室效应使两极的冰雪融化，海平面上升，淹没沿海城市，使海水倒流入河流，从而使耕地盐碱化。②酸雨酸雨是指pH小于5.6的雨、雪或其他形式的大气降水。形成酸雨的主要原因是燃烧煤炭和石油，以及工业生产等释放到大气中的二氧化硫等物质使雨水酸度升高，形成“酸雨”，腐蚀建筑物、酸化土壤。③化学烟雾内燃机工作时的高温使空气中和