热力学第二定律 (4).ppt

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1、关于热力学第二定律(4)现在学习的是第1页，共14页问题问题能量守恒定律告诉我们：能量守恒定律告诉我们：在自然界发生的一切过程中能量都是守在自然界发生的一切过程中能量都是守恒的恒的满足能量守恒的过程是否都能实现呢？满足能量守恒的过程是否都能实现呢？现在学习的是第2页，共14页思考与讨论：P57一一.自然过程的方向自然过程的方向结论：无数事实告诉我们：凡是实际的过程结论：无数事实告诉我们：凡是实际的过程，只要涉及热现象，如热传递、气体的膨胀，只要涉及热现象，如热传递、气体的膨胀、扩散、有摩擦的机械运动、扩散、有摩擦的机械运动都有特定方都有特定方向。也就是说，向。也就是说，一切与热现象有关的宏观自

2、然一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。过程都是不可逆的。现在学习的是第3页，共14页克劳修斯表述指明热传导过程是不可逆的。克劳修斯表述指明热传导过程是不可逆的。（1）克劳修斯表述：）克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物热量不能自发地从低温物体传到高温物体体传到高温物体.二二.热力学第二定律热力学第二定律高温高温低温低温理解理解“自发：自发：”：当两个物体接触时，不需要第三者介入、不会当两个物体接触时，不需要第三者介入、不会对任何第三者产生影响，热量就能从一个物体对任何第三者产生影响，热量就能从一个物体传递到另外一个物体。传递到另外一个物体。低温低温高温高温自发自发自发自发现在学习的是第

3、4页，共14页 电冰箱的内部温度比电冰箱的内部温度比外部温度低，为什么致冷外部温度低，为什么致冷系统还能不断地把箱内热系统还能不断地把箱内热量传给外界的空气？量传给外界的空气？电冰箱工作时违反热力学第二定律吗？电冰箱工作时违反热力学第二定律吗？现在学习的是第5页，共14页 因为电冰箱消耗了电能因为电冰箱消耗了电能，对制冷系统做了功，一，对制冷系统做了功，一旦切断电源，电冰箱就不旦切断电源，电冰箱就不能把其内部的热量传给外能把其内部的热量传给外界的空气了相反，外界界的空气了相反，外界的热量会自发地传给电冰的热量会自发地传给电冰箱，使其温度逐渐升高箱，使其温度逐渐升高 现在学习的是第6页，共14页

4、即：热量不可能从低温物体传到高温物体而不产生其即：热量不可能从低温物体传到高温物体而不产生其他影响。他影响。热传导的过程是有方向性的，这个过程可以向一个方热传导的过程是有方向性的，这个过程可以向一个方向自发地进行，但是向相反的方向却不能自发地进行向自发地进行，但是向相反的方向却不能自发地进行。要实现相反方向的过程，必须借助外界的帮助，因而产要实现相反方向的过程，必须借助外界的帮助，因而产生其它影响或引起其它变化。生其它影响或引起其它变化。如果设想克劳修斯表述不成立，即在无任何外界做功的如果设想克劳修斯表述不成立，即在无任何外界做功的情况下，热量就能从低温热源传向高温热源。按此设想情况下，热量就

5、能从低温热源传向高温热源。按此设想就可制成一种无功致冷机，它无需消耗功就能致冷。克就可制成一种无功致冷机，它无需消耗功就能致冷。克劳修斯表述否定了这种可能性。劳修斯表述否定了这种可能性。现在学习的是第7页，共14页热机热机：是一种把：是一种把内能内能转化为转化为机械能机械能的装置。的装置。(汽油机、汽油机、柴油机、蒸汽轮机、喷气发动机等）柴油机、蒸汽轮机、喷气发动机等）一阶段：一阶段：燃料燃烧产生热量燃料燃烧产生热量 Q1（高温热源）（高温热源）（燃料燃料中化学能转化为工作物质的内能）中化学能转化为工作物质的内能）二阶段：二阶段：推动活塞对外做功推动活塞对外做功 W（工作物质内能变成工作物质内

6、能变成机械能）机械能）热机能流图热机能流图燃料产生燃料产生的热量的热量Q输出机械输出机械功功W漏气热损漏气热损散热热损散热热损摩擦热损摩擦热损工作原理和过程：工作原理和过程：机械能与内能转化的方向性的进一步讨论机械能与内能转化的方向性的进一步讨论现在学习的是第8页，共14页效率效率：由能量守恒定律知道：由能量守恒定律知道 Q1=W+Q2 热机的效率：热机的效率：1QW 高温热库高温热库低温热库低温热库Q1Q2对外做功对外做功热机热机W热机的效率小于热机的效率小于100%，就，就不可能不可能把从高温热源吸收把从高温热源吸收的热量全部转化为的热量全部转化为机械能机械能，总有一部，总有一部分热量散发

7、到冷凝分热量散发到冷凝器或大气中。器或大气中。热机工作时的能流分配热机工作时的能流分配现在学习的是第9页，共14页例如，利用热机例如，利用热机循环循环，吸热可对外作出功来吸热可对外作出功来但实际热机的但实际热机的循环除了热变功外，还必定有一定的热量从高温热源传给低温循环除了热变功外，还必定有一定的热量从高温热源传给低温热源，即产生了其它效果。热源，即产生了其它效果。热全部变为功的过程热全部变为功的过程也是有的，如，理想气体等温膨胀也是有的，如，理想气体等温膨胀。但在这一过程中除了气体从单一热源吸热完全变为功外，。但在这一过程中除了气体从单一热源吸热完全变为功外，还引起了其它变化，即过程结束时，

8、气体的体积增大了。还引起了其它变化，即过程结束时，气体的体积增大了。（2）开尔文表述：）开尔文表述：不可能从单一热源吸取热量，不可能从单一热源吸取热量，使之完全变成功，而使之完全变成功，而不产生其他影响不产生其他影响。二二.热力学第二定律的另一种表述热力学第二定律的另一种表述 开尔文表述揭示机械能与内能转化方向性开尔文表述揭示机械能与内能转化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换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换成机械能。成机械能。现在学习的是第10页，共14页定律的两种表述 现在学习的是第11页，共14页 1.两种表述是等价的两种表述是等价的 可以从

9、一种表述导出另一种表述，两种表述都称为热力学第二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定律 2.对任何一类对任何一类宏观过程宏观过程进行方向的说明，都可以作为热力学第二定进行方向的说明，都可以作为热力学第二定律的表述。例如：气体向真空的自由膨胀是不可逆的。律的表述。例如：气体向真空的自由膨胀是不可逆的。3.热力学第二定律的意义热力学第二定律的意义 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第一定律的一个重要自然规律对热力学第二定律的理解对热力学第二定律的理解现在学习的是第12页，共1

10、4页第二类永动机第二类永动机 1.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，全部用来做功而用来做功而不引起其它变化不引起其它变化叫做第二类永动机。叫做第二类永动机。2.第二类永动机不可能制成！表示机械能和内能的转化过程具第二类永动机不可能制成！表示机械能和内能的转化过程具有方向性尽管机械能可以全部转化为内能，内能却不能在有方向性尽管机械能可以全部转化为内能，内能却不能在不不引起其他变化引起其他变化全部转化成机械能全部转化成机械能 3.第一类永动机和第二类永动机第一类永动机和第二类永动机 它们都不可能制成，第一类永动机的设想违反了能量

11、守恒定律；第它们都不可能制成，第一类永动机的设想违反了能量守恒定律；第二类永动机的设想虽不违反能量守恒定律，但违背了跟热现象相二类永动机的设想虽不违反能量守恒定律，但违背了跟热现象相联系的宏观自然过程具有方向性的规律（热力学第二定律）。看联系的宏观自然过程具有方向性的规律（热力学第二定律）。看一种热机设计方案是否可行，不仅要看是否遵守能量守恒定律，一种热机设计方案是否可行，不仅要看是否遵守能量守恒定律，还要看是否满足热力学第二定律。还要看是否满足热力学第二定律。热力学第二定律的另一种表述就热力学第二定律的另一种表述就是：第二类永动机不可能制成。是：第二类永动机不可能制成。现在学习的是第13页，共14页例例1.1.下列说法正确的是下列说法正确的是 ()()A A在自然条件下，热传递的过程是不可逆的在自然条件下，热传递的过程是不可逆的 B B热量不可能由高温物体传递给低温物体热量不可能由高温物体传递给低温物体CC气体的扩散过程具有方向性气体的扩散过程具有方向性 D D一切形式能量转化都不具有方向性一切形式能量转化都不具有方向性AC现在学习的是第14页，共14页