高二物理热力学第二定律[原创]人教.ppt

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1、热力学第二定律力学第二定律 地球上有大量的海水，它的总质量均为1.41018 t，只要这些海水的温度降低0.1，能释放出多少能量？已知水的比热c=4.2103J/（kg0c)能放出5.81023 J的能量，这相当于1800万个功率为100万千瓦的核电站一年的发电量，为什么人们不去研究这种新能源呢？2021/8/11 星期三11、何为热传导的方向性？2、什么是第二类永动机？它违背什么规律？3、何为热力第二定律？它有几种表达式？2021/8/11 星期三2一、热传导的方向性一、热传导的方向性(1)举例：把一个高温的铁块放入一盆冷水中 热量会自发地从铁块传到水，同时铁块温度降低，水的温度升高。两个物

2、体的温度不同，相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体这里所说的“自发地”指的是没有任何外界的影响和帮助2021/8/11 星期三3思考：热量会不会自发地从水传到高温的铁块呢？而使水的温度更低，铁块的温度更高呢？热量却不能自发地从低温物体传向高温物体 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2021/8/11 星期三4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。2021/8/11 星期三5二、第二类永动机（1）举例：一个在水平地面上运动的物

3、体，由于克服摩擦力做功，最后停下来。物体的动能转化为内能，使物体和地面的温度升高。思考：能否将一个放在水平地面上的物体，靠降低温度，而使内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来或者能不能发明这样的一个机器：用它把物体与地面摩擦所产生的热量都吸收过来，并对物体做功，将内能全部都转化为动能，使因摩擦停止运动的物体在地面上重新运动起来，而不引起其他变化。2021/8/11 星期三6热机：是一种把内能转化为机械能的装置。热机：是一种把内能转化为机械能的装置。热机热机效率：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内燃机内燃机原理：燃料燃烧产生热量原理：燃料燃烧产生

4、热量 Q1（高温热源）（高温热源）推动活塞对外做功推动活塞对外做功 W排出废气向外界（低温热源）放热排出废气向外界（低温热源）放热 Q2高温热源高温热源低温热源低温热源Q1Q2对外做功对外做功热机W热机的效率小于热机的效率小于100%，就不可能把从，就不可能把从高温热源吸收的热量全部转化为机械能，高温热源吸收的热量全部转化为机械能，总有一部分热量散发到冷凝器中。总有一部分热量散发到冷凝器中。2021/8/11 星期三7（3）第二类永动机：从单一热源吸收热量可以全部用来做功，而不引起其他变化的热机。第二类永动机是不可能制成的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，但内能却不能全

5、部转化成机械能，同时不引起其他变化。2021/8/11 星期三8例：以下说法正确的是A、热量只能从高温物体传递给低温物体，反之不能。B、热量能自发地从高温物体传递给低温物体C、热传导是有方向性的D、机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化为机械能而不引起其他变化2021/8/11 星期三9三、热力学第二定律三、热力学第二定律三、热力学第二定律三、热力学第二定律（1 1）举例：两种不同的气体扩散可以自发地进入对方）举例：两种不同的气体扩散可以自发地进入对方）举例：两种不同的气体扩散可以自发地进入对方）举例：两种不同的气体扩散可以自发地进入对方,最后最后最后最后成为一种均匀的混合气体成为一种

6、均匀的混合气体成为一种均匀的混合气体成为一种均匀的混合气体思考思考思考思考:如图所示如图所示如图所示如图所示,容器容器容器容器A A中装有气体中装有气体中装有气体中装有气体,容器容器容器容器B B是真空是真空是真空是真空,打开阀门打开阀门打开阀门打开阀门K,K,容器容器容器容器A A中的气体会自发地向中的气体会自发地向中的气体会自发地向中的气体会自发地向B B中膨胀中膨胀中膨胀中膨胀,最后两个容器都充满最后两个容器都充满最后两个容器都充满最后两个容器都充满气体气体气体气体.会不会气体自发地从容器会不会气体自发地从容器会不会气体自发地从容器会不会气体自发地从容器B B流向容器流向容器流向容器流向

7、容器A,A,最后使容器最后使容器最后使容器最后使容器B B恢复成真空呢恢复成真空呢恢复成真空呢恢复成真空呢?大量自然现象说明大量自然现象说明大量自然现象说明大量自然现象说明:有些物理有些物理有些物理有些物理过程具有方向性过程具有方向性过程具有方向性过程具有方向性.2021/8/11 星期三10A、两种表述：不可能使热量由低温物体传递到高温物体而不引起其它变化。这是按照热传导的方向性来表述。（2）热力学第二定律不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其它变化，这是按照机械能与内能转化过程的方向性表述的。也可以表述为：第二类永动机是不可能制成的。2021/8/11 星期三11B B、两

8、种表述是等效的、两种表述是等效的C C、热力学第二定律的实质：、热力学第二定律的实质：热力学第二定律的每一种表述，揭示了大量分子参热力学第二定律的每一种表述，揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性，使人们认识到自然界中进与的宏观过程的方向性，使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。2021/8/11 星期三12四、能量耗散四、能量耗散能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程具有方向性思考：既然自然界的能量是守恒的，为什么还要节约能源？流散的内能无法重新收集起来加以利用的现象，称为能量耗散2021/8/11 星期三13五、热力学第三

9、定律五、热力学第三定律热力学温度与摄氏温度的关系：热力学温度与摄氏温度的关系：T T（t t273.15273.15）K K热力学零度（绝对零度）不可达到2021/8/11 星期三146 6、能源、能源、能源、能源 环境环境环境环境三大常规能源：煤、石油、天然气是不可再生能源三大常规能源：煤、石油、天然气是不可再生能源可再生能源：风能、水流能、沼气能可再生能源：风能、水流能、沼气能新能源：核能（原子能）新能源：核能（原子能）太阳能：每年辐射到地球上的太阳能可达到太阳能：每年辐射到地球上的太阳能可达到1024J，相对于，相对于我们人类的历史而言，它是取之不尽，用之不竭的，而且我们人类的历史而言，

10、它是取之不尽，用之不竭的，而且不污染环境，是一种清洁能源。太阳能的利用有一个广阔不污染环境，是一种清洁能源。太阳能的利用有一个广阔的前景。的前景。2021/8/11 星期三15思考思考:热力学第一定律的叙述能否包括热力学第二定律的内容热力学第一定律的叙述能否包括热力学第二定律的内容?(1)(1)第一定律只指出了效率第一定律只指出了效率100%100%，第二定律指出的是效率，第二定律指出的是效率100%100%，说明功可以全部变为热，而热量不能通过一循环，说明功可以全部变为热，而热量不能通过一循环全部变为功全部变为功(2)(2)第一定律指出了热功等效和转换关系，指出任何过程中能第一定律指出了热功

11、等效和转换关系，指出任何过程中能量必须守恒，第二定律指出的是，并非所有能量守恒过程都量必须守恒，第二定律指出的是，并非所有能量守恒过程都能实现能实现,低温热源的热量就不能自发地传向高温热源，揭示了低温热源的热量就不能自发地传向高温热源，揭示了过程进行的方向和条件过程进行的方向和条件(3)(3)热力学第二定律不是由第一定律推演出来的，而是自然界热力学第二定律不是由第一定律推演出来的，而是自然界的又一个独立的定律，它涉及的问题不同于第一定律所涉及的又一个独立的定律，它涉及的问题不同于第一定律所涉及的范围，它是第一定律的补充的范围，它是第一定律的补充.2021/8/11 星期三16解析：只是从单一的

12、热源吸收热量，全部用来做功，而没有解析：只是从单一的热源吸收热量，全部用来做功，而没有冷凝器，由热传递的方向性可知冷凝器，由热传递的方向性可知,没有冷凝器，只有单一热源，没有冷凝器，只有单一热源，那么就不存在温度差，就不可能存在热传递，因此，这种单那么就不存在温度差，就不可能存在热传递，因此，这种单一热源的内能就不可能被人们所利用。第一类永动机不可能一热源的内能就不可能被人们所利用。第一类永动机不可能制成是因为它违反能量守恒定律，而第二类永动机并不违反制成是因为它违反能量守恒定律，而第二类永动机并不违反能量守恒定律能量守恒定律.2021/8/11 星期三172021/8/11 星期三182021/8/11 星期三19