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第十章《熱力學(xué)定律》,高中物理選修3－3,1,問(wèn)題,熱力學(xué)第一定律告訴我們： 在一切熱力學(xué)過(guò)程中能量必須守恒。,,滿足能量守恒的過(guò)程是否都能實(shí)現(xiàn)呢？,22,思考與討論：P57,結(jié)論1. 熱量自動(dòng)地由高溫物體向低溫物體傳遞的過(guò)程是不可逆的。,結(jié)論2. 擴(kuò)散現(xiàn)象進(jìn)行是有方向的,過(guò)程是不可逆的。,結(jié)論3. 功可以自動(dòng)轉(zhuǎn)化為熱，但熱卻不能自動(dòng)轉(zhuǎn)化為功。通過(guò)摩擦而使功轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬倪^(guò)程是不可逆的。,結(jié)論4. 氣體膨脹(絕熱自由膨脹)的過(guò)程是不可逆的。,一.自然過(guò)程的方向,結(jié)論：無(wú)數(shù)事實(shí)告訴我們：凡是實(shí)際的過(guò)程，只要涉及熱現(xiàn)象，如熱傳遞、氣體的膨脹、擴(kuò)散、有摩擦的機(jī)械運(yùn)動(dòng)??都有特定方向。也就是說(shuō)，一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過(guò)程都是不可逆的。,3,克勞修斯表述指明熱傳導(dǎo)過(guò)程是不可逆的。,與之相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)是，當(dāng)兩個(gè)不同溫度的物體相互接觸時(shí)，熱量將由高溫物體向低溫物體傳遞，而不可能自發(fā)地由低溫物體傳到高溫物體。如果借助制冷機(jī)，當(dāng)然可以把熱量由低溫傳遞到高溫，但要以外界作功為代價(jià)，也就是引起了其他變化。,（1）克勞修斯表述：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體.,二.熱力學(xué)第二定律,44,電冰箱的內(nèi)部溫度比外部溫度低，為什么致冷系統(tǒng)還能不斷地把箱內(nèi)熱量傳給外界的空氣？,電冰箱工作時(shí)違反熱力學(xué)第二定律嗎？,55,,,,,,,,,因?yàn)殡姳湎牧穗娔埽瑢?duì)制冷系統(tǒng)做了功，一旦切斷電源，電冰箱就不能把其內(nèi)部的熱量傳給外界的空氣了．相反，外界的熱量會(huì)自發(fā)地傳給電冰箱，使其溫度逐漸升高．,貯藏的食品,大氣,電冰箱制冷系統(tǒng),,做功,66,熱傳導(dǎo)的過(guò)程是有方向性的，這個(gè)過(guò)程可以向一個(gè)方向自發(fā)地進(jìn)行，但是向相反的方向卻不能自發(fā)地進(jìn)行。 要實(shí)現(xiàn)相反方向的過(guò)程，必須借助外界的幫助，因而產(chǎn)生其它影響或引起其它變化。,熱傳導(dǎo)的方向性,7,,,,,,,①熱機(jī)：是一種把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置。(汽油機(jī)、柴油機(jī)、蒸汽輪機(jī)、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)等）,②原理：燃料燃燒產(chǎn)生熱量 Q1（高溫?zé)嵩矗剂现谢瘜W(xué)能 轉(zhuǎn)化為工作物質(zhì)的內(nèi)能。,推動(dòng)活塞對(duì)外做功 W——工作物質(zhì)內(nèi)能變成機(jī)械能,排出廢氣向外界（低溫?zé)嵩矗┓艧?Q2,機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性的進(jìn)一步討論,熱機(jī)能流圖,燃料產(chǎn)生的熱量Q,,輸出機(jī)械功W,漏氣熱損,散熱熱損,摩擦熱損,88,④效率：由能量守恒定律知道 Q1 = W +Q2 熱機(jī)的效率,,高溫?zé)釒?kù),,低溫?zé)釒?kù),Q1,Q2,,對(duì)外做功,W,熱機(jī)的效率小于100%，就不可能把從高溫?zé)嵩次盏臒崃咳哭D(zhuǎn)化為機(jī)械能，總有一部分熱量散發(fā)到冷凝器或大氣中。,機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性的進(jìn)一步討論,③熱機(jī)工作時(shí)的能流分配,99,例如，利用熱機(jī)循環(huán)，吸熱可對(duì)外作出功來(lái)．但實(shí)際熱機(jī)的循環(huán)除了熱變功外，還必定有一定的熱量從高溫?zé)嵩磦鹘o低溫?zé)嵩?，即產(chǎn)生了其它效果 熱全部變?yōu)楣Φ倪^(guò)程也是有的，如，理想氣體等溫膨脹。但在這一過(guò)程中除了氣體從單一熱源吸熱完全變?yōu)楣ν猓€引起了其它變化，即過(guò)程結(jié)束時(shí)，氣體的體積增大了。,（2）開爾文表述：不可能從單一熱源吸取熱量，使之完全變成有用的功而不產(chǎn)生其他影響。,二.熱力學(xué)第二定律,開爾文表述揭示機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化方向性——機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能無(wú)法全部用來(lái)做功以轉(zhuǎn)換成機(jī)械能,1010,定律的兩種表述,,,1111,1.兩種表述是等價(jià)的． 可以從一種表述導(dǎo)出另一種表述，兩種表述都稱為熱力學(xué)第二定律 2.對(duì)任何一類宏觀過(guò)程進(jìn)行方向的說(shuō)明，都可以作為熱力學(xué)第二定律的表述。 3.熱力學(xué)第二定律的意義 提示了有大量分子參與的宏觀過(guò)程的方向性，是獨(dú)立于熱力學(xué)第一定律的一個(gè)重要自然規(guī)律．,對(duì)熱力學(xué)第二定律的理解,1212,第二類永動(dòng)機(jī),任何物體都具有內(nèi)能，在地球上貯存量十分豐富的海水總質(zhì)量約達(dá)1.4×1018噸，它的溫度只要降低1℃，就能釋放相當(dāng)于1800萬(wàn)個(gè)功率為100萬(wàn)千瓦的核電站一年的發(fā)電量，足夠全世界使用4000年。而人類都不能利用這種“新能源”，其原因是什么？ 是因?yàn)樯婕拔锢韺W(xué)的一個(gè)基本定律——熱力學(xué)第二定律．,13,第二類永動(dòng)機(jī),1.第二類永動(dòng)機(jī)：人們把想象中能夠從單一熱源吸收熱量，全部用來(lái)做功而不引起其他變化的熱機(jī)叫做第二類永動(dòng)機(jī)。 2.第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成！表示機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過(guò)程具有方向性．盡管機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能卻不能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，同時(shí)不引起其他變化． 3.第一類永動(dòng)機(jī)和第二類永動(dòng)機(jī) 它們都不可能制成，第一類永動(dòng)機(jī)的設(shè)想違反了能量守恒定律；第二類永動(dòng)機(jī)的設(shè)想雖不違反能量守恒定律，但違背了跟熱現(xiàn)象相聯(lián)系的宏觀自然過(guò)程具有方向性的規(guī)律（熱力學(xué)第二定律）。,熱力學(xué)第二定律的另一種表述就是：第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成。,14,小結(jié) ：,熱力學(xué)第二定律有常見的兩種表述，提示了有大量分子參與的宏觀過(guò)程(即與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過(guò)程)的方向性，第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成。,1515,例1.下列說(shuō)法正確的是 ( ) A．在自然條件下，熱傳遞的過(guò)程是不可逆的 B．熱量不可能由高溫物體傳遞給低溫物體 C．氣體的擴(kuò)散過(guò)程具有方向性 D．一切形式能量轉(zhuǎn)化都不具有方向性,AC,1616,例2.根據(jù)熱力學(xué)第二定律，可知下列說(shuō)法中正確的是（ ） A．不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來(lái)做功，而不引起其它變化 B．沒(méi)有冷凝器，只有單一的熱源，能將從單一熱源吸收的熱量全部用來(lái)做功，而不引起其它的變化的熱機(jī)是可實(shí)現(xiàn)的 C．致冷系統(tǒng)能將冰箱里的熱量傳給外界較高溫度的空氣中而不引起其它變化 D．不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其他變化,AD,1717,例3.根據(jù)熱力學(xué)定律和分子動(dòng)理論，可知下列說(shuō)法中正確的是（ ） A．我們可以利用高科技手段，將流散到周圍環(huán)境中的內(nèi)能重新收集起來(lái)加以利用而不引起其它變化 B．利用淺層海水和深層海水之間的溫度差制造一種熱機(jī)，將海水的一部分內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，這在原理上是可行的 C．分子間的作用力總是隨分子間的距離增大而減小 D．溫度升高時(shí)，物體中每個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)速率都將增大,B,1818,