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,,,第三章 熱力學(xué)基礎(chǔ) 第四節(jié) 熱力學(xué)第二定律,高中物理·選修3-3·粵教版,[目標(biāo)定位] 1.通過自然界中客觀過程的方向性，了解熱力學(xué)第二定律． 2.了解熱力學(xué)第二定律的兩種不同表述，以及兩種表述的物理實(shí)質(zhì)． 3.了解什么是第二類永動(dòng)機(jī)，知道為什么它不能制成． 4.了解熱力學(xué)第二定律的微觀實(shí)質(zhì)． 5.了解熵是反映系統(tǒng)無序程度的物理量．,一、熱傳導(dǎo)的方向性 1．兩個(gè)溫度不同的物體互相接觸時(shí)，熱量會(huì)自發(fā)地從 物體 傳給 物體，但不會(huì)自發(fā)地從 物體傳給 物體．這 說明：熱傳導(dǎo)過程是有 的． 2．熱力學(xué)第二定律是一條反映自然界過程進(jìn)行 和 的規(guī)律．,預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué),高溫,低溫,低溫,高溫,方向性,方向,條件,二、機(jī)械能和內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程的方向性 1．機(jī)械能和內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程具有 性，即機(jī)械能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程是可以 進(jìn)行的，內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過程，是不能 進(jìn)行的，要將內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，必然會(huì)引起其他影響． 2．第二類永動(dòng)機(jī) (1)定義 從 吸熱全部用來 ，而不引起其他變化的熱機(jī)． (2)第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成的原因是它違背了 定律．,預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué),方向,自發(fā),自發(fā),單一熱源,做功,熱力學(xué)第二,三、熱力學(xué)第二定律的表述 1．第一種表述(克勞修斯表述)：熱量不能 從低溫物體傳遞到高溫物體．(按照熱傳導(dǎo)的方向性來表述的)． 2．第二種表述(開爾文表述)：不可能從 吸收熱量并把它全部用來 ，而不引起其他變化．(按照機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程的方向性來表述的) 熱力學(xué)第二定律的這兩種表述是 的．熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有 ．,預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué),自發(fā)地,單一熱源,做功,等價(jià),方向性,3．自然界中一切與 有關(guān)的自然過程都具有方向性． 想一想 熱傳導(dǎo)的方向性能否簡單理解為“熱量不會(huì)從低溫物體傳給高溫物體”？ 答案 不能．“自發(fā)地”是指沒有第三者影響，例如空調(diào)、冰箱等制冷機(jī)就是把熱量從低溫物體傳到了高溫物體，但是也產(chǎn)生了影響，即外界做了功．,預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué),熱現(xiàn)象,四、熱力學(xué)第二定律的微觀實(shí)質(zhì) 1．做功是與分子群體的 運(yùn)動(dòng)聯(lián)系在一起的，內(nèi)能是和分子 的 運(yùn)動(dòng)聯(lián)系在一起的，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程，從微 觀上來說，是大量分子的 運(yùn)動(dòng)朝 運(yùn)動(dòng)的方向轉(zhuǎn)換 的過程，其相反方向的過程是大量分子從 運(yùn)動(dòng)朝 運(yùn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)換的過程． 2．熱傳導(dǎo)過程是使物體內(nèi)部分子的熱運(yùn)動(dòng)由比較 的狀態(tài)向 的狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程．,預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué),無序,有序,有序,無序,無序,有序,有序,無序,3．熱力學(xué)第二定律的微觀實(shí)質(zhì) 與熱現(xiàn)象有關(guān)的自發(fā)的宏觀過程，總是朝著分子熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 增加的方向進(jìn)行的． 五、熵 意義：描述物體的無序程度，物體內(nèi)部分子熱運(yùn)動(dòng)無序程度越高，物體的熵就 .,預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué),無序性,越大,一、宏觀過程的方向性 1．熱傳導(dǎo)具有方向性：兩個(gè)溫度不同的物體相互接觸時(shí)，熱量會(huì)自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體，結(jié)果使高溫物體的溫度降低，低溫物體的溫度升高． 2．氣體的擴(kuò)散現(xiàn)象具有方向性：兩種不同的氣體可以自發(fā)地進(jìn)入對方，最后成為均勻的混合氣體，但這種均勻的混合氣體，決不會(huì)自發(fā)地分開，成為兩種不同的氣體．,課堂講義,課堂講義,3．機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性：物體在水平面上運(yùn)動(dòng)，因摩擦而逐漸停止下來，但絕不可能出現(xiàn)物體吸收原來傳遞出去的熱量后，在地面上重新運(yùn)動(dòng)起來． 4．氣體向真空膨脹具有方向性：氣體可自發(fā)地向真空容器膨脹，但絕不可能出現(xiàn)氣體自發(fā)地從容器中流出，容器變?yōu)檎婵眨?5．在整個(gè)自然界中，無論有生命的還是無生命的，所有的宏觀自發(fā)過程都具有單向性，都有一定的方向性，都是一種不可逆過程．,課堂講義,例1 (雙選)下列說法正確的是 ( ) A．熱量能自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體 B．熱量不能從低溫物體傳到高溫物體 C．熱傳遞是自發(fā)的雙向的 D．氣體向真空中膨脹的過程是有方向性的 答案 AD,課堂講義,解析 如果是自發(fā)地進(jìn)行，熱量只能從高溫物體傳到低溫物體，但這并不是說熱量不能從低溫物體傳到高溫物體，只是不能自發(fā)地進(jìn)行，在外界條件的幫助下，熱量也能從低溫物體傳到高溫物體，A對，B、C錯(cuò)；氣體向真空中膨脹的過程也是不可逆，具有方向性的，D對．,課堂講義,借題發(fā)揮 兩個(gè)溫度不同的物體相互接觸時(shí)，熱量會(huì)自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體，使高溫物體的溫度降低，低溫物體的溫度升高，這個(gè)過程是自發(fā)進(jìn)行的，不需要任何外界的影響或者幫助，有時(shí)我們也能實(shí)現(xiàn)熱量從低溫物體傳給高溫物體，如電冰箱，但這不是自發(fā)地進(jìn)行的，需要消耗電能，其實(shí)自然界中所有的熱現(xiàn)象都是具有單向性的．,課堂講義,二、熱力學(xué)第二定律和熵 1．克勞修斯表述是按熱傳導(dǎo)的方向性表述的．熱量可以由低溫物體傳到高溫物體但不能是自發(fā)的，如：冰箱、空調(diào)． 2．開爾文表述是按照機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程的方向性來表述的．不是不能從單一熱庫吸收熱量而對外做功，而是這樣做的結(jié)果，一定伴隨著其他變化或影響． 3．這兩種表述看似毫無聯(lián)系，其實(shí)是等價(jià)的，可以從一種表述導(dǎo)出另一種表述． 4．熱力學(xué)第二定律揭示了自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性．,課堂講義,5．熵較大的宏觀狀態(tài)就是無序性較大的宏觀狀態(tài)，在自發(fā)過程中熵總是增加的，即向無序性增加的方向進(jìn)行． 6．從微觀的角度看，熱力學(xué)第二定律是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律：一個(gè)孤立系統(tǒng)總是從熵小的狀態(tài)向熵大的狀態(tài)發(fā)展，而熵值較大代表著較為無序，所以自發(fā)的宏觀過程總是向無序度更大的方向發(fā)展．,課堂講義,例2 (雙選)根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，下列說法中正確的是 ( ) A．不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化 B．沒有冷凝器，只有單一的熱源，能將從單一熱源吸收的熱量全部用來做功，而不引起其他變化的熱機(jī)是可以實(shí)現(xiàn)的 C．制冷系統(tǒng)將冰箱里的熱量傳給外界較高溫度的空氣中，而不引起其他變化 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,課堂講義,答案 AD 解析 熱力學(xué)第二定律揭示了與熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過程的方向性，機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性，機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能要轉(zhuǎn)化為機(jī)械能必須借助外部的幫助，即會(huì)引起其他變化，A選項(xiàng)正確、B選項(xiàng)錯(cuò)誤；熱傳遞過程也具有方向性，熱量能自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體，但是熱量要從低溫物體傳到高溫物體，必然要引起其他變化(外界對系統(tǒng)做功)，故C選項(xiàng)錯(cuò)誤、D選項(xiàng)正確．,課堂講義,借題發(fā)揮 (1)一切物理過程均遵守能量轉(zhuǎn)化與守恒定律，但遵守能量守恒的物理過程不一定均能實(shí)現(xiàn)． (2)熱力學(xué)第二定律的關(guān)鍵在于“自發(fā)性”和“方向性”．,課堂講義,例3 (雙選)下列關(guān)于熵的觀點(diǎn)中正確的是 ( ) A．熵越大，系統(tǒng)的無序度越大 B．對于一個(gè)不可逆絕熱過程，其熵總不會(huì)增加 C．氣體向真空擴(kuò)散時(shí)，熵值減小 D．自然過程中熵總是增加的，是因?yàn)橥ㄏ驘o序的渠道要比通向有序的渠道多得多 答案 AD,課堂講義,解析 熵是系統(tǒng)內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)無序性的量度，熵越大，其無序度越大，選項(xiàng)A正確；一個(gè)不可逆絕熱過程，其宏觀狀態(tài)對應(yīng)微觀態(tài)數(shù)目增大，其熵會(huì)增加，不會(huì)減小，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；氣體向真空中擴(kuò)散，無序度增大，熵值增大，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；自然過程中，無序程度較大的宏觀態(tài)出現(xiàn)的概率大，因而通向無序的渠道多，選項(xiàng)D正確.,