高中物理 第十章 第四節(jié) 熱力學第二定律課件 新人教版選修3-3.ppt

復習1、熱力學第一定律2、能量守恒定律,思考：根據(jù)能量守恒定律，在自然界發(fā)生的一切過程中能量都是守恒的。那么符合能量守恒的宏觀過程是否都能發(fā)生呢？,熱力學第二定律,將一塊燒紅的鐵塊投入冷水中，會發(fā)生什么現(xiàn)象？,鐵塊的溫度降低，水的溫度升高，最終兩者溫度相同,將燒紅的鐵塊投入水中，結果會不會鐵塊溫度更高，水的溫度更低？,電冰箱通電后箱內溫度低于外部，為什么還會繼續(xù)降溫，直至達到設定的溫度？,因為電冰箱消耗了電能，對制冷系統(tǒng)做了功，一旦切斷電源，電冰箱就不能把其內部的熱量傳給外界的空氣了相反，外界的熱量會自發(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,熱傳導的過程是有方向性的，這個過程可以向一個方向自發(fā)地進行，但是向相反的方向卻不能自發(fā)地進行。要實現(xiàn)相反方向的過程，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。,熱傳導的方向性,點擊下圖觀看視頻,思考會不會有這樣的現(xiàn)象：均勻混合的空氣與溴氣過一段時間會自發(fā)地變的界線分明？,氣體擴散具有方向性,氣體擴散具有方向性,動畫：氣體擴散的方向性,一個在水平地面上運動的物體，由于克服摩擦力做功，最后要停下來。在這個過程中，物體的動能轉化成為內能，使物體和地面的溫度升高。,我們能不能看到這樣的現(xiàn)象：一個放在水平地面上的物體，靠降低溫度，可以把內能自發(fā)地轉化為動能，使這個物體運動起來,有人提出這樣一種設想，發(fā)明一種熱機，用它把物體與地面摩擦所生的熱量都吸收過來并對物體做功，將內能全部轉化為動能，使因摩擦停止運動的物體在地面上重新運動起來，而不引起其它變化,熱機是一種把內能轉化為機械能的裝置,氣缸中的氣體得到燃料燃燒時產(chǎn)生的熱量Q1推動活塞做功W排出廢氣，同時把熱量Q2散發(fā)到大氣中。Q1=W+Q2熱機效率=W/Q1,熱源,冷凝器,熱機,做功,機械能和內能轉化具有方向性。,點擊下圖觀看視頻,思考：有沒有這樣的“逆過程”：從瓶中沖出去的氣體又自動回到瓶中，瓶中氣體的壓強達到了將瓶塞沖開時的壓強。,氣體膨脹具有方向性,一切與熱現(xiàn)象有關的宏觀自然過程都是不可逆的。,在物理學中，反映宏觀自然過程的方向性的定律就是熱力學第二定律（secondlawofthermodynamics).,共同特征：,熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。（克勞修斯表述）,熱力學第二定律,說明：（1）克勞修斯表述中強調了“在不引起其它的變化的條件下，熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體?！保?）如果允許“其它變化”，例如利用致冷機做功，熱量可以從低溫物體傳到高溫物體上，而致冷機做功就屬于“其它變化”。（3）如果設想克勞修斯表述不成立，即在無任何外界做功的情況下，熱量就能從低溫熱源傳向高溫熱源。按此設想就可制成一種無功致冷機，如圖所示，它無需消耗功就能致冷?？藙谛匏贡硎龇穸诉@種可能性。,不可能從單一熱庫吸收，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響。（開爾文表述）,第二類永動機,冷凝器,說明：（1）開爾文表述否定了第二類永動機的可能性。歷史上曾有人企圖制造“一種循環(huán)動作的熱機，只從單一熱源吸收熱量，使之全部變?yōu)楣Γ幌虻蜏責嵩捶懦鰺崃?，或者說不引起其它變化?！边@種熱機稱為第二類永動機或單熱源熱機，其效率=100%。雖然它不違背熱力學第一定律，但它違背了熱力學第二定律的開爾文表述。（2）開爾文表述中強調了“在不產(chǎn)生其他影響的條件下，熱不能全部變?yōu)楣??！比绻试S“其他影響”發(fā)生，熱可以全部變?yōu)楣?。例如氣缸中理想氣體作等溫膨脹時，氣體從恒溫熱源吸收的熱量就可以全部用來對外做功。但氣體“體積和壓強”發(fā)生了變化，它不能循環(huán)動作返回原狀態(tài)。,1，按熱傳遞的方向性來表述,2，是按機械能與內能轉化過程的方向來表述。,兩種表述的實質,任何一類宏觀自然過程進行方向的說明都可以作為熱力學第二定律的表述。,開爾文表述實質說明功變熱過程的不可逆性，克勞修斯表述則說明熱傳導過程的不可逆性，兩種表述是等價的。可用反證法證明。,違背開爾文表述一定違背克勞修斯表述,Q1熱機從T1吸熱A熱機輸出功Q2熱機從T2吸熱Q1+Q2致冷機向T1放熱,如果開爾文表述不成立，可制成一個單熱源熱機，將它同另一個制冷機組成復合機，如圖所示，其總效果相當于一個無功致冷機，于是克勞修斯表述也就不成立。,違背克勞修斯表述一定違背開爾文表述,開爾文表述實質說明功變熱過程的不可逆性，克勞修斯表述則說明熱傳導過程的不可逆性，兩種表述是等價的?？捎梅醋C法證明。,如果克勞修斯表述不成立，則可制成一個無功致冷機，將它同另一個熱機組成復合機，如圖所示，就可使復合機成為一單熱源熱機，即開爾文表述也不成立。,