热力学第二定律 (4)讲稿.ppt

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1、关于热力学第二定律(4)第一页，讲稿共十四页哦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？第二页，讲稿共十四页哦思考与讨论：P57结论结论1.热量自发地由高温物体向低温物体传递的过程热量自发地由高温物体向低温物体传递的过程是不可逆的。是不可逆的。结论结论2.扩散现象进行是有方向的扩散现象进行是有方向的,过程是不可逆的。过程是不可逆的。结论结论3.功可以自动转化为热，但热却不能自动转化为功。功可以自动转化为热，但热却不能自动转化为功。通过摩擦而使

2、功转变为热的过程是不可逆的。通过摩擦而使功转变为热的过程是不可逆的。结论结论4.气体膨胀气体膨胀(绝热自由膨胀绝热自由膨胀)的过程是不可逆的。的过程是不可逆的。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向。都有特定方向。也就是说，也就是说，一切与热现象有关的宏观自然过程一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。都是不可逆的。第三页，讲稿共十四页哦克劳修斯表述指明热传导过程是不可逆的。克劳修斯表

3、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热量不能自发地从低温物体传到高温物体物体传到高温物体.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：”：当当两两个个物物体体接接触触时时，不不需需要要第第三三者者介介入入、不不会会对对任任何何第第三三者者产产生生影影响响，热热量量就就能能从从一一个个物物体体传传递递到另外一个物体。到另外一个物体。低温低温高温高温自发自发自发自发第四页，讲稿共十四页哦 电冰箱的内部温度电冰箱的内部温度比外部温度低，为什么比外部温度低，为什么致冷系统还能不断地把致冷系统还能不断地把箱内热量传给外界的空箱内

4、热量传给外界的空气？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？第五页，讲稿共十四页哦 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，一旦对制冷系统做了功，一旦切断电源，电冰箱就不能切断电源，电冰箱就不能把其内部的热量传给外界把其内部的热量传给外界的空气了相反，外界的的空气了相反，外界的热量会自发地传给电冰箱，热量会自发地传给电冰箱，使其温度逐渐升高使其温度逐渐升高 第六页，讲稿共十四页哦即：热量不可能从低温物体传到高温物体而不产生其他即：热量不可能从低温物体传到高温物体而不产生其他影响。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

5、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。产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。按此的情况下，热量就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设想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。冷。克劳修

6、斯表述否定了这种可能性。第七页，讲稿共十四页哦热机热机：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）（燃料中燃料中化学能转化为工作物质的内能）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（工作物质内能变成机工作物质内能变成机械能）械能）热机能流图热机能流图燃料产生的燃料产生的热量热量Q输出机输出机械功械功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

7、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第八页，讲稿共十四页哦效率效率：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：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把从高温热源吸收的热量全部转收的热量全部转化为机械能化为机械能，总，总有一部分热量散有一部分热量散发到冷凝器或大发到冷凝器或大气中。气中。热机工作时的能流分配热机工作时的能流分配第九页，讲稿共十四页哦例如，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

8、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，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）开开尔尔文文表表述述：不不可可能能从从单单一一热热源源吸吸取取热热量量，使之完全变成功，而使之完全变成功，而不产生

9、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。转换成机械能。第十页，讲稿共十四页哦定律的两种表述 不可能将热量从低温物体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（传到高温物体而不引起其它变化（即热量不会即热量不会自发地从低温物体传到高温物体自发地从低温物体传到高温物体）。）。不可能从单一热源吸取热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。量并

10、使它完全变为有用的功而不引起其它变化。第十一页，讲稿共十四页哦1.两种表述是等价的两种表述是等价的 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二定律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。二定律的表述。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

11、规律力学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第十二页，讲稿共十四页哦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，全部用来做功而部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，内能却不能在在不引起其他变化不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

12、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守恒它们都不可能制成，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联系的宏观自然过程具有方向性的规律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）。看一种热机设计方案是否可行，不（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，还要看是否满足热力学第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。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。第十三页，讲稿共十四页哦例例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在自然条件下，热传递的过程是不可逆的的 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第十四页，讲稿共十四页哦