热力学第二定律课件-2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册.pptx

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1、3.4热力学第二定律选择性必修第三册&第三章热力学定律 一滴红色颜料滴进一杯清水中扩散，整杯水将均匀地变红。从系统的角度来看，扩散之前是一种状态，扩散后是另一种状态。那么，水中扩散后的颜料能否自发地重新聚集在一起，而其余部分又变成清水？课堂引入阅读教材p59页，并回答问题。1.热力学第二定律的克劳修斯表述内容？2.热力学第二定律的开尔文表述内容？阅读并回答：一、热力学第二定律思考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恒的，一个导致能量创生或能量消失的过程是不可能出现的。那么符合能量守恒定律的宏观过程都能自发地进行吗？请举例说明？融化的冰糕，是否可以在同温下是否可以重新凝固？撒

2、了气的气球，是否可以自发的把散掉的气体重新收集起来？不能不能观看视频思考与讨论：1.物体间的热传递过程可逆吗？2.气体的膨胀过程可逆吗？3.液滴的扩散过程可逆吗？一、热力学第二定律方向性物体间的传热气体的膨胀扩散现象有摩擦的机械运动热现象特定的方向温度由高到低体积由小到大密度由密到疏由功到热反映宏观自然过程的方向性的定律就是热力学第二定律。无数事实告诉我们，凡是实际的过程，只要涉及热现象，都有特定的方向性。这些过程可以自发地朝某个方向进行，而相反的过程，即使不违背能量守恒定律，我们也从未见到它们会自发地进行。这就是说，一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。一、热力学第二定律方向性1热力学

3、第二定律的克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。（1）在不引起其它的变化的条件下，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体。（2）热量可以从低温物体传到高温物体上，但会引起其它变化，比如冷机做功。（3）克劳修斯表述阐述的是热传递的方向性。2.诠释：高温低温自发外界做功外界环境发生变化克劳修斯一、热力学第二定律克劳修斯表述宏观自然过程的方向性思考 电冰箱的内部温度比外部温度低，为什么致冷系统还能不断地把箱内热量传给外界的空气？电冰箱制冷系统贮藏的食品大气热量热量电源做功一、热力学第二定律克劳修斯表述宏观自然过程的方向性热传导的方向性 热传导的过程是有方向性的，这个过程可以向一个方向自

4、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，因而产生其它影响或引起其它变化。一、热力学第二定律克劳修斯表述柴油机汽缸燃料的化学能工作物质的内能机械能对外做功燃烧燃料产生的热量Q输出机械功W漏气热损散热热损摩擦热损W Q思考：假设能避免这些损失，热机燃料产生的热量Q=W？热机工作的两个阶段：一、热力学第二定律开尔文表述高温热库低温热库QW燃料在燃烧(高温物体)冷凝器或大气(低温物体)自发 热机在工作过程中必然排出部分热量，热机用于做功的热量一定小于它从高温热库吸收的热量，即W Q一、热力学第二定律开尔文表述2.热力学第二定律的开尔文表述：不可能从单一热库

5、吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。（即：不可能制造这样一台机器，在一个循环动作后，只是从单一热库吸收热量，使之完全变为功，而不引起其他变化）（1）制热机工作原理高温热库T1低温热库T2Q1Q2对外做功热机W开尔文Q1=Q2+WQ1：从高温热库吸收的热量W：对外界所做的功Q2：向低温热库散发的热量注意：热机的效率小于100%，就不可能把从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或大气中。一、热力学第二定律开尔文表述（2）开尔文表述的说明“不可能从单一热库吸收热量”的意义：不仅要从一个热库吸热，而且一定会向另一个热库放热。这里阐述的是机械能与内能转化的方向性。机械能

6、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（过程是不可逆的）开尔文表述也可以改为：第二类永动机是不可能制造成功的。如果一台热机，效率为：热机从热源吸取的热量Q1全部变成功W，即Q20，该机器唯一的结果就是从单一热源吸取热量全部变成功而不产生其它影响。此时热机的效率1(100%)，1的热机称为第二类永动机。一、热力学第二定律开尔文表述 在水平地面上滚动的足球，摩擦力做负功，其动能转化为内能，最终停了下来，同时产生的热量散失在周围的环境中。会不会有这样的现象静止在水平地面上的足球和地面、周围的空气自发地降低温度释放内能，并将释放出的内能全部转化为足球的动能，让足球又滚动起来?机械能与

7、内能转化的具有方向性思考与讨论一、热力学第二定律开尔文表述问题的实质是：机械能可以全部转化成内能，但这个过程是不可逆的。热力学第一定律热力学第一定律热力学第二定律热力学第二定律区别联系能量守恒定律在热力学中的表现，否定了创造能量和消灭能量的可能性，从而否定了第一类永动机。是关于在有限空间和时间内，一切和热现象有关的物理过程、化学过程具有不可逆性的经验总结，从而否定了第二类永动机。两定律都是热力学基本定律，分别从不同角度揭示了与热现象有关的物理过程所遵循的规律，二者相互独立，又相互补充，都是热力学的理论基础。一、热力学第二定律区别阅读教材p61页，并回答问题。1.能量和能源的区别？阅读并回答：二

8、、能源是有限的思考 自然界的一切变化，人类社会的所有活动，都伴随着能量的转移和转化，能量是一切物质运动的源泉，是一切生命活动的基础。柴薪时期煤炭时期石油时期二、能源是有限的能量 1.能量耗散：能量被其他物质吸收之后变成周围环境的内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用。这种现象叫做能量的耗散。化学能电能电能内能和光能能量在数量上虽然守恒，但其转移和转化却具有方向性。耗散在环境中二、能源是有限的能量耗散2.能源（2）能源是有限的资源：能源的使用过程中虽然能量的总量保持守恒，但能量的品质下降了。虽然能量总量不会减少，但能源会逐步减少，因此能源是有限的资源。高品质：机械能、光能、化学能、电能低品质：

9、内能转化方向不可逆二、能源是有限的能源（1）定义：是指具有高品质的容易利用的储能物质。拓展：熵增熵及熵增加原理1.熵：熵可用来表达一个系统的无序程度,系统从有序向无序的发展过程中熵在增加。2.熵增加原理：在自发过程中,系统总是自发地向无序方向发展,即一个孤立系统的熵值总是不减少的。二、能源是有限的拓展：熵增二、能源是有限的拓展：熵增 (多多选选)如如图图为为电电冰冰箱箱的的工工作作原原理理示示意意图图。压压缩缩机机工工作作时时，强强迫迫制制冷冷剂剂在在冰冰箱箱内内外外的的管管道道中中不不断断循循环环。在在蒸蒸发发器器中中制制冷冷剂剂汽汽化化吸吸收收箱箱体体内内的的热热量量，经经过过冷冷凝凝器器

10、时时制制冷冷剂剂液液化化，放放出出热热量量到到箱箱体体外外。下下列列说说法正确的是法正确的是()典例分析A热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外B电电冰冰箱箱的的制制冷冷系系统统能能够够不不断断地地把把冰冰箱箱内内的的热热量量传传到到外外界界，是是因因为为其其消耗了电能消耗了电能C电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律D电冰箱的工作原理违反热力学第二定律电冰箱的工作原理违反热力学第二定律答案答案BC解解析析热热力力学学第第一一定定律律适适用用于于所所有有的的热热学学过过程程，C正正确确；由由热热力力学学第第二定律可知，二定律可知，A、

11、D错误，错误，B正确。正确。典例分析 1.(多选多选)根据热力学第二定律可知，下列说法中正确的是根据热力学第二定律可知，下列说法中正确的是()A热热量量能能够够从从高高温温物物体体传传到到低低温温物物体体，但但不不能能从从低低温温物物体体传传到到高高温温物物体体B热量能够从高温物体传到低温物体，也能从低温物体传到高温物体热量能够从高温物体传到低温物体，也能从低温物体传到高温物体C功可以全部变成热量，但热量不可能全部变成功功可以全部变成热量，但热量不可能全部变成功D功可以全部变成热量，热量也可能全部变成功功可以全部变成热量，热量也可能全部变成功BD典例分析 (多选多选)关于第二类永动机，下列说法

12、正确的是关于第二类永动机，下列说法正确的是()A没没有有冷冷凝凝器器，只只有有单单一一的的热热库库，能能将将从从单单一一热热库库吸吸收收的的热热量量全全部部用用来做功，而不引起其他变化的热机叫作第二类永动机来做功，而不引起其他变化的热机叫作第二类永动机B第二类永动机违反了能量守恒定律，所以不可能制成第二类永动机违反了能量守恒定律，所以不可能制成C第第二二类类永永动动机机不不可可能能制制成成，说说明明机机械械能能可可以以全全部部转转化化为为内内能能，内内能能却不可能全部转化为机械能却不可能全部转化为机械能D.第第二二类类永永动动机机不不可可能能制制成成，说说明明机机械械能能可可以以全全部部转转化

13、化为为内内能能，内内能能却不可能全部转化为机械能，同时不引起其他变化却不可能全部转化为机械能，同时不引起其他变化AD典例分析 2.下列说法正确的是下列说法正确的是()A功可以完全转化为热量，而热量不可以完全转化为功功可以完全转化为热量，而热量不可以完全转化为功B热机必须具有两个热库，才能实现热功转化热机必须具有两个热库，才能实现热功转化C热机的效率不可能大于热机的效率不可能大于1，但可能等于，但可能等于1D热机的效率必定小于热机的效率必定小于1D典例分析3(多选多选)下列说法正确的是下列说法正确的是()A第一类永动机不可能制成，因为它违背了能量守恒定律第一类永动机不可能制成，因为它违背了能量守

14、恒定律B第二类永动机不可能制成，因为它违背了能量守恒定律第二类永动机不可能制成，因为它违背了能量守恒定律C热力学第一定律和热力学第二定律是相互独立的热力学第一定律和热力学第二定律是相互独立的D热力学第二定律的两种表述是等价的热力学第二定律的两种表述是等价的ACD典例分析热力学第二定律宏观自然过程的方向性热力学第二定律热力学第二定律克劳修斯表述热力学第二定律开尔文表述能源是有限的第二类永动机熵和熵增加原理高温高温热库热库T1低温低温热库热库T2Q1Q2做功做功制冷机制冷机W高温高温热库热库T1低温低温热库热库T2Q1Q2对外做功对外做功热热机机W课堂总结1热热力力学学第第二二定定律律使使人人们们

15、认认识识到到自自然然界界中中进进行行的的涉涉及及热热现现象象的的宏宏观观过过程程()A都具有方向性都具有方向性 B只是部分具有方向性只是部分具有方向性C没有方向性没有方向性 D无法确定无法确定解析：解析：一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性。一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性。A课堂练习2(多选多选)关于热力学第二定律，下列说法正确的是关于热力学第二定律，下列说法正确的是()A热量能够自发地从高温物体传到低温物体热量能够自发地从高温物体传到低温物体B不可能使热量从低温物体传向高温物体不可能使热量从低温物体传向高温物体C从单一热库吸收热量，可以使之完全变成功从单一热库吸收热量，可以使之完全变成

16、功D气体向真空自由膨胀的过程是不可逆过程气体向真空自由膨胀的过程是不可逆过程ACD课堂练习3关于热力学第一定律和热力学第二定律，下列论述正确的是关于热力学第一定律和热力学第二定律，下列论述正确的是()A热热力力学学第第一一定定律律指指出出内内能能可可以以与与其其他他形形式式的的能能相相互互转转化化，而而热热力力学学第第二二定定律律则则指指出出内内能能不不可可能能完完全全转转化化为为其其他他形形式式的的能能，故故这这两两条条定定律律是相互矛盾的是相互矛盾的B内内能能可可以以全全部部转转化化为为其其他他形形式式的的能能，只只是是会会产产生生其其他他影影响响，故故两两条条定律并不矛盾定律并不矛盾C两

17、两条条定定律律都都是是有有关关能能量量的的转转化化规规律律，它它们们不不但但不不矛矛盾盾，而而且且没没有有本本质区别质区别D能量守恒定律已经包含了热力学第一定律和热力学第二定律能量守恒定律已经包含了热力学第一定律和热力学第二定律B课堂练习4.如如图图所所示示，汽汽缸缸内内盛盛有有一一定定量量的的理理想想气气体体，汽汽缸缸壁壁是是导导热热的的，汽汽缸缸外外环环境境保保持持恒恒温温，活活塞塞与与汽汽缸缸壁壁的的接接触触面面是是光光滑滑的的，但但不不漏漏气气。现现将将活活塞塞与与杆杆连连接接，使使其其缓缓慢慢地地向向右右移移动动，这这样样气气体体将将等等温温膨膨胀胀并并对对外外做做功功。若已知理想气

18、体的内能只与温度有关，则下列说法正确的是若已知理想气体的内能只与温度有关，则下列说法正确的是()课堂练习A气气体体是是从从单单一一热热库库吸吸热热，全全部部用用来来对对外外做做功功，所所以以此此过过程程违违反反了了热热力学第二定律力学第二定律B气气体体是是从从单单一一热热库库吸吸热热，但但并并未未全全部部用用来来对对外外做做功功，所所以以此此过过程程不不违反热力学第二定律违反热力学第二定律C气气体体是是从从单单一一热热库库吸吸热热，全全部部用用来来对对外外做做功功，但但此此过过程程不不违违反反热热力力学第二定律学第二定律D以上三种说法都不对以上三种说法都不对答案：答案：C课堂练习5某某同同学学

19、家家新新买买了了一一台台双双门门电电冰冰箱箱，冷冷藏藏室室容容积积107 L，冷冷冻冻室室容容积积118 L，假设室内空气为理想气体。，假设室内空气为理想气体。(1)若若室室内内空空气气摩摩尔尔体体积积为为22.510-3 m3/mol，阿阿伏伏加加德德罗罗常常数数为为6.01023mol-1，在在家家中中关关闭闭冰冰箱箱密密封封门门后后，电电冰冰箱箱的的冷冷藏藏室室和和冷冷冻冻室室内内大大约共有多少个空气分子？约共有多少个空气分子？答案：答案：(1)6.01024个个课堂练习(2)若若室室内内温温度度为为27，大大气气压压为为1105 Pa，关关闭闭冰冰箱箱密密封封门门通通电电工工作作一一段

20、段时时间间后后，冷冷藏藏室室内内温温度度降降为为6，冷冷冻冻室室温温度度降降为为9，此此时时冷冷藏室与冷冻室中空气的压强差多大？藏室与冷冻室中空气的压强差多大？答案：答案：(2)5.0103 Pa课堂练习课堂练习课堂练习(3)冰冰箱箱工工作作时时把把热热量量从从温温度度较较低低的的冰冰箱箱内内部部传传到到温温度度较较高高的的冰冰箱箱外外部部，请分析说明这是否违背热力学第二定律。请分析说明这是否违背热力学第二定律。答答案案：(3)不不违违背背热热力力学学第第二二定定律律，因因为为热热量量不不是是自自发发地地由由低低温温物物体体向向高温物体传递的，在冰箱工作过程中要消耗电能。高温物体传递的，在冰箱工作过程中要消耗电能。解解析析：(3)不不违违背背热热力力学学第第二二定定律律，因因为为热热量量不不是是自自发发地地由由低低温温物物体体向向高温物体传递的，在冰箱工作过程中要消耗电能。高温物体传递的，在冰箱工作过程中要消耗电能。课堂练习