4　热力学第二定律.ppt

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1、第四节热力学第二定律1、了解热传递过程的方向性。2、知道热力学第二定律的两种不同的表述，以及这两种表述的物理实质。3、知道什么是第二类永动机，为什么第二类永动机不可能制成。问题提出：我们在初中学过，当物体温度升高时，就要吸收热量；当物体温度降低时，就要放出热量。而且热量公式Q=cm△t，这里有一个有趣的问题：地球上有大量的海水,它的总质量约为1.4×1018t,如果这些海水的温度降低0.1oC,将要放出多少焦耳的热量?已知海水的比热容为C=4.2×103J/(kg·℃)放出5.8×1023J的热量，这相当于1800万个核电站一年的发电量1、热量

2、从温度高的物体自发地传给温度低的物体；“自发地”，指的是没有任何外界的影响或帮助。某种变化有自动发生的趋势，一旦发生就无需借助外力，可以自动进行，这种变化称为自发变化。一、热力学第二定律的一种表述自发变化的共同特征—不可逆性，任何自发变化的逆过程是不能自动进行的。电冰箱内部的温度比外部低，为什么致冷系统还能够不断地把冰箱内的热量传给外界的空气？贮藏的食品大气电冰箱制冷系统热量热量电源做功这是因为电冰箱消耗了电能，对致冷系统做了功。一旦切断电源，电冰箱就不能把其内部的热量传给外界的空气了。相反，外界的热量会自发地传给电冰箱，使其温度逐渐升高。有没

3、有可能发生这样地现象，热量自发地从低温物体传给高温物体，使低温物体的温度越来越低，高温物体的温度越来越高。结论：①热量却不能自发地从低温物体传向高温物体②要将热量从低温物体传向高温物体，必须有外界的影响和帮助，就是要有外界对其做功才能完成③热传导的方向性：两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体；要实现相反过程，必须借助外界的帮助，因而产生其他影响或引起其他变化。一、热力学第二定律的一种表述1、内容：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。这是热力学第二定律的克劳修斯表述。（按照热传递的方向性来表述的）2、热力学第二定律的

4、克劳修斯表述实质上就是：热传递过程是不可逆的。一个在水平地面上的物体，由于克服摩擦力做功，最后要停下来。在这个过程中，物体的动能转化成为内能，使物体和地面的温度升高。？降温我们能不能看到这样的现象：一个放在水平地面上的物体，靠降低温度，可以把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来．二、热力学第二定律的另一种表述思考下列问题：1、前面我们学习了第一类永动机，不能制成的原因是什么？违背了能量守恒2、热机是一种把什么能转化成什么能的装置？热机是一种把内能转化成机械能的装置)3、热机的效率能否达到100%？不能以内燃机为例，气缸中的气体得到燃烧时产生

5、的热量为Q1，推动活塞做工W，然后排出废气，同时把热量Q2散发到大气中，由能量守恒定律可知：Q1=W+Q2我们把热机做的功W和它从热源吸收的热量Q1的比值叫做热机的效率，用η表示。热机不能把得到的全部内能转化为机械能，热机必须有热源和冷凝器，热机工作时，总要向冷凝器散热，不可避免的要由工作物质带走一部分热量Q2，所以有：Q1>W热机的效率不可能达到100%，汽车上的汽油机械效率只有20%～30%，蒸汽轮机的效率比较高，也只能达到60%。热转换为功的过程也是不可逆的，具有方向性。机械能和内能的转化过程具有方向性机械能可以全部转化成内能，但内能却不

6、能全部转化成机械能，同时不引起其他变化。1、内容：不可能从单一热源吸收热量，使之完全变成功,而不产生其他影响。二、热力学第二定律的另一种表述(开尔文表述)：（机械能与内能转化具有方向性）2、第二类永动机：人们把想象中能够从单一热源吸收热量，全部用来做功而不引起其他变化的热机叫做第二类永动机。第二类永动机不可能制成热力学第二定律的两种表述克劳修斯表述：不可能将热量从低温物体传到高温物体而不引起其它变化（即热量不会自动地从低温物体传到高温物体）。开尔文表述：不可能从单一热源吸取热量并使它完全变为有用的功而不引起其它变化。(第二类永动机是不可能制成的

7、)两种表述是等价的可以从一种表述导出另一种表述，两种表述都称为热力学第二定律。热力学第二定律的意义1）提示了有大量分子参与的宏观过程的方向性，是独立于热力学第一定律的一个重要自然规律。（自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性）2）对生活实践的指导作用热学过程的方向性（实例）1、热传导的方向性2、扩散现象有方向性ABAB“气体向真空中绝热自由膨胀的过程是不可逆的”热学过程的方向性（实例）1、热传导的方向性2、扩散现象有方向性3、能量转化有方向性功热：可自动进行(如摩擦生热、焦耳实验)热功：不可自动进行(焦耳实验中，不可能水温自动降低推

8、动叶片而使重物升高)··水叶片焦耳实验热力学第二定律的实质在于揭示了：一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。违背热力学第一定律的过程都不可能发生