高中物理 第3章 第4節(jié) 熱力學(xué)第二定律課件 粵教版選修3-3.ppt

第四節(jié)熱力學(xué)第二定律 考點一熱力學(xué)第二定律 欄目鏈接 1 兩個溫度不同的物體相互接觸時 熱量會自發(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 這一過程可逆嗎 提示 不可逆 2 熱傳導(dǎo)的方向性能否簡單理解為 熱量不會從低溫物體傳給高溫物體 提示 不能 自發(fā)地 是指沒有第三者影響 例如空調(diào) 冰箱等制冷機就是把熱量從低溫物體傳到了高溫物體 但是卻產(chǎn)生了影響 3 在水平地面上運動的物體 由于克服摩擦力做功 最后停下來 物體的機械能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 使物體和地面溫度升高 能不能通過降低物體和地面的溫度 使物體重新運動起來呢 提示 不能 欄目鏈接 1 熱力學(xué)第二定律的概念反映自然界過程進行方向和條件的定律 2 自然過程的方向性 1 熱傳導(dǎo) 兩個溫度不同的物體相互接觸時 熱量會自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體 而低溫物體不可能自發(fā)地將熱量傳給高溫物體 要實現(xiàn)低溫物體向高溫物體傳遞熱量 必須借助外界的幫助 因而產(chǎn)生其他影響或引起其他變化 欄目鏈接 2 機械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程 物體在水平面上運動 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 在地面上重新運動起來 要想將內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機械能 必然會引起其他影響 3 氣體的擴散現(xiàn)象 兩種不同的氣體可以自發(fā)地進入對方 最后成為均勻的混合氣體 但這種均勻的混合氣體 決不會自發(fā)地分開 成為兩種不同的氣體 除非使用物理或化學(xué)手段 但這必然要引起其他的變化 4 氣體向真空的膨脹 氣體可自發(fā)地向真空容器內(nèi)膨脹 但絕不可能出現(xiàn)氣體自發(fā)地從容器中流出 使容器內(nèi)變?yōu)檎婵?若借助于抽氣機就能實現(xiàn) 但要引起其他變化 5 在整個自然界中 無論是有生命的還是無生命的 所有的宏觀自發(fā)過程都有方向性 都是一種不可逆過程 3 第二類永動機 1 定義 從單一熱源吸熱全部用來做功 而不引起其他變化 把它得到的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機械能 熱機效率達100 這種想象中的熱機稱為第二類永動機 2 第二類永動機不可能制成的原因 盡管這類永動機不違反熱力學(xué)第一定律 也不違反能量守恒定律 但由于內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機械能不能自發(fā)地進行 所以由單一熱源吸熱把內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機械能而不引起其他變化的這類永動機是不可能造成的 4 熱力學(xué)第二定律 1 兩種表述 克勞修斯表述 熱量不能自動地從低溫物體傳遞到高溫物體 或表述為 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 即熱傳導(dǎo)的過程具有方向性 開爾文表述 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 即機械能與內(nèi)能的轉(zhuǎn)化具有方向性 2 對熱力學(xué)第二定律的理解 熱力學(xué)第二定律的實質(zhì) 揭示了大量分子參與的宏觀過程的方向性 如機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 內(nèi)能卻不可能全部轉(zhuǎn)化為機械能而不引起其他變化 進一步揭示了各種物質(zhì)運動形式的轉(zhuǎn)化過程都具有方向性 告誡人們 第二類永動機不可能制成 熱力學(xué)第二定律有多種表述形式 定律中幾個關(guān)鍵詞的理解 自發(fā)地 是指熱量從高溫物體 自發(fā)地 傳給低溫物體的方向性 在傳遞過程中不會對其他物體產(chǎn)生影響或借助其他物體提供能量等 不引起其他變化 的含義是使熱量從低溫物體傳遞到高溫物體或從單一熱源吸收熱量全部用來做功 不須通過第三者的幫助 這里的幫助是指提供能量等方式 不可能 既包括從單一熱源吸收熱量全部用來對外做功 熱量從低溫熱源傳到高溫熱源 也包括過程產(chǎn)生的其他變化 即不論用任何手段都不可能消除其他變化 欄目鏈接 例1下列說法不正確的是 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 熱傳遞是有方向性的D 氣體向真空中膨脹的過程是有方向性的 解析 如果是自發(fā)地進行 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 C對 B錯 氣體向真空中膨脹的過程也是不可逆 具有方向性的 D對 答案 B 方法總結(jié) 兩個溫度不同的物體相互接觸時 熱量會自發(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 這個過程是自發(fā)進行的 不需要任何外界的影響或者幫助 有時我們也能實現(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)地進行的 需要消耗電能 其實自然界中所有的熱現(xiàn)象都是具有單向性的 課堂訓(xùn)練1 下列哪個過程具有方向性 D 熱傳導(dǎo)過程 機械能向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程 氣體的擴散過程 氣體向真空中的膨脹A B C D 解析 這四個過程都是與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程 根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知 它們都是不可逆的 具有方向性 考點二熱力學(xué)第二定律的微觀實質(zhì)熵 固體自發(fā)地熔化為液體 固體結(jié)晶要比液體整齊有序 液體自發(fā)地蒸發(fā)為氣體 液體分子的分布比氣體分子要集中有序 兩種不同氣體相互擴散 由有序變?yōu)闊o序 這些現(xiàn)象都說明了什么問題 提示 自發(fā)過程總是向著無序性增加的方向進行 欄目鏈接 1 熱力學(xué)第二定律的微觀理解 1 有序和無序 確定某種規(guī)則后 符合這個規(guī)則的就是有序的 不符合這個規(guī)則和要求的分布就是無序的 無序意味著各處都一樣 平均 沒有差別 而有序則正好相反 有序和無序是相對的 2 熱力學(xué)第二定律的微觀解釋 系統(tǒng)的熱力學(xué)過程就是大量分子無序運動狀態(tài)的變化 從微觀上看 在通過做功使系統(tǒng)內(nèi)能增加的過程中 自然過程是大量分子從有序運動狀態(tài)向無序運動狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程 但其逆過程卻不能自發(fā)地進行 即不可能由大量分子無規(guī)則的熱運動自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蜻\動 高溫物體和低溫物體中的分子都在做無規(guī)則的熱運動 但是高溫物體中分子熱運動的平均速率要大于低溫物體 所以在高溫物體分子與低溫物體分子的碰撞過程中 低溫物體分子運動的劇烈程度會逐漸加劇 即低溫物體的溫度升高了 而高溫物體分子運動的劇烈程度會減緩 即高溫物體的溫度降低了 所以從宏觀熱現(xiàn)象角度來看 熱傳導(dǎo)具有方向性 達到熱平衡后 物體內(nèi)部分子熱運動劇烈程度趨向一致 原來那種分子按動能大小有序分布的狀態(tài)變?yōu)樗蟹肿酉嗤臒o序狀態(tài) 因此 系統(tǒng)的無序性增加了 3 熱力學(xué)第二定律的微觀實質(zhì) 與熱現(xiàn)象有關(guān)的自發(fā)的宏觀過程 總是朝著分子熱運動狀態(tài)無序性增加的方向進行的 2 熵 1 熵的物理意義 熵是反映系統(tǒng)無序程度的物理量 正如溫度反映物體內(nèi)分子平均動能大小一樣 系統(tǒng)越混亂 無序程度越大 就稱這個系統(tǒng)的熵越大 2 熱力學(xué)系統(tǒng)中熵的變化 系統(tǒng)自發(fā)變化時 總是向著無序程度增加的方向發(fā)展 至少無序程度不會減少 從熵的意義上來說 系統(tǒng)自發(fā)變化時 總是向著熵增加的方向進行 不會使熵減小 例2 多選 關(guān)于熱力學(xué)第二定律的微觀意義 下列說法正確的是 A 大量分子無規(guī)則的熱運動能夠自動轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蜻\動B 熱傳遞的自然過程是大量分子從有序運動狀態(tài)向無序運動狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程C 熱傳遞的自然過程是大量分子從無序程度小的運動狀態(tài)向無序程度大的運動狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程D 一切自然過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行 解析 分子熱運動是大量分子的無規(guī)則運動 系統(tǒng)的一個宏觀過程包含著大量的微觀狀態(tài) 這是一個無序的運動 根據(jù)熵增加原理 熱運動的結(jié)果只能使分子熱運動更加無序 而不是變成了有序 熱傳遞的自然過程從微觀上講就是大量分子從無序程度小的運動狀態(tài)向無序程度大的運動狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程 故選C D 答案 CD 方法總結(jié) 解此類題目要理解好有序和無序 確定某種規(guī)則 符合這個規(guī)則的就是有序的 不符合確定的規(guī)則和要求的分布是無序的 無序意味著各處平均沒有差別 而有序則相反 是按照某種規(guī)則排列的 有序與無序是相對的 課堂訓(xùn)練2 多選 關(guān)于孤立體系中發(fā)生的實際過程 下列說法中正確的是 AC A 系統(tǒng)的總熵只能增大 不可能減小B 系統(tǒng)的總熵可能增大 可能不變 還可能減小C 系統(tǒng)逐漸從比較有序的狀態(tài)向更無序的狀態(tài)發(fā)展D 系統(tǒng)逐漸從比較無序的狀態(tài)向更加有序的狀態(tài)發(fā)展 解析 在孤立體系中發(fā)生的實際過程 其系統(tǒng)的總熵總是增加的 它不可能減小 故A正確 B錯誤 根據(jù)熵增加原理 該系統(tǒng)只能是從比較有序的狀態(tài)向更無序的狀態(tài)發(fā)展 故C正確 D錯誤