湖南省長(zhǎng)郡中學(xué)高中物理 第十章 第四節(jié) 熱力學(xué)第二定律課件 新人教版選修33

復(fù)習(xí)1 1、熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第一定律2 2、能量守恒定律、能量守恒定律思考：思考：根據(jù)能量守恒定律，在自然界發(fā)生根據(jù)能量守恒定律，在自然界發(fā)生的一切過(guò)程中能量都是守恒的。那么符合的一切過(guò)程中能量都是守恒的。那么符合能量守恒的宏觀過(guò)程是否都能發(fā)生呢？能量守恒的宏觀過(guò)程是否都能發(fā)生呢？ 將一塊燒紅的鐵塊將一塊燒紅的鐵塊投入冷水中，會(huì)發(fā)生投入冷水中，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象什么現(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(jié)將燒紅的鐵塊投入水中，結(jié)果會(huì)不會(huì)果會(huì)不會(huì)鐵塊溫度更高，鐵塊溫度更高，水的水的溫度更低？溫度更低？ 電冰箱通電電冰箱通電后箱內(nèi)溫度低后箱內(nèi)溫度低于外部，為什于外部，為什么還會(huì)繼續(xù)降么還會(huì)繼續(xù)降溫，直至達(dá)到溫，直至達(dá)到設(shè)定的溫度？設(shè)定的溫度？ 因?yàn)殡姳湎牧穗娔?，?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 貯藏的貯藏的食品食品大氣大氣電冰箱制冷系統(tǒng) 點(diǎn)擊下圖觀看視頻點(diǎn)擊下圖觀看視頻 思考思考 會(huì)不會(huì)有這樣的現(xiàn)象：會(huì)不會(huì)有這樣的現(xiàn)象：均勻混合的空氣與均勻混合的空氣與溴氣過(guò)一段時(shí)間會(huì)自發(fā)地變的界線分明溴氣過(guò)一段時(shí)間會(huì)自發(fā)地變的界線分明 ？動(dòng)畫(huà)：氣體擴(kuò)散的方向性動(dòng)畫(huà)：氣體擴(kuò)散的方向性 一個(gè)在水平地面上運(yùn)動(dòng)的物一個(gè)在水平地面上運(yùn)動(dòng)的物體，由于克服摩擦力做功，最體，由于克服摩擦力做功，最后要停下來(lái)。在這個(gè)過(guò)程中，后要停下來(lái)。在這個(gè)過(guò)程中，物體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成為內(nèi)能，物體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成為內(nèi)能，使使物體和地面的溫度升高。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(gè)放在水平地面上的物體，靠降低溫度，可以把內(nèi)能自發(fā)地轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，使這個(gè)物體運(yùn)動(dòng)起來(lái) 有人提出這樣一種設(shè)想，發(fā)明一種熱機(jī)，用它把物體與地面摩擦所生的熱量都吸收過(guò)來(lái)并對(duì)物體做功，將內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，使因摩擦停止運(yùn)動(dòng)的物體在地面上重新運(yùn)動(dòng)起來(lái)，而不引起其它變化 熱機(jī)是一種把熱機(jī)是一種把內(nèi)能內(nèi)能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為機(jī)械能機(jī)械能的裝置的裝置 氣缸中的氣體得到氣缸中的氣體得到燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱量熱量Q1 推動(dòng)活塞做功推動(dòng)活塞做功W 排出廢氣，同時(shí)把排出廢氣，同時(shí)把熱量熱量Q2散發(fā)到大氣散發(fā)到大氣中。中。 Q1=W+Q2 熱機(jī)效率熱機(jī)效率=W/Q1熱源熱源冷凝器冷凝器熱機(jī)熱機(jī)點(diǎn)擊下圖觀看視頻點(diǎn)擊下圖觀看視頻 思考：思考：有沒(méi)有這樣的有沒(méi)有這樣的“逆過(guò)程逆過(guò)程”：從瓶中沖出：從瓶中沖出去的氣體又自動(dòng)回到瓶中，瓶中氣體的壓強(qiáng)達(dá)到了去的氣體又自動(dòng)回到瓶中，瓶中氣體的壓強(qiáng)達(dá)到了將瓶塞沖開(kāi)時(shí)的壓強(qiáng)。將瓶塞沖開(kāi)時(shí)的壓強(qiáng)。 一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過(guò)程都是不可逆的。 在物理學(xué)中，反映宏觀自然過(guò)程在物理學(xué)中，反映宏觀自然過(guò)程的方向性的定律就是熱力學(xué)第二定律的方向性的定律就是熱力學(xué)第二定律（second law of thermodynamics).second law of thermodynamics).共同特征：共同特征：熱量不能自發(fā)地從低溫?zé)崃坎荒茏园l(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。物體傳到高溫物體。（克勞修斯表述）（克勞修斯表述）說(shuō)明： （1）克勞修斯表述中強(qiáng)調(diào)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?！?（2）如果允許“其它變化”，例如利用致冷機(jī)做功，熱量可以從低溫物體傳到高溫物體上，而致冷機(jī)做功就屬于“其它變化”。 （3）如果設(shè)想克勞修斯表述不成立，即在無(wú)任何外界做功的情況下，熱量就能從低溫?zé)嵩磦飨蚋邷責(zé)嵩?。按此設(shè)想就可制成一種無(wú)功致冷機(jī)，如圖所示，它無(wú)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(kù)吸收，不可能從單一熱庫(kù)吸收，使之完全變成功，而不產(chǎn)生使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響。其他影響。（開(kāi)爾文表述）（開(kāi)爾文表述）熱源熱源熱機(jī)熱機(jī)冷凝器冷凝器說(shuō)明： （1）開(kāi)爾文表述否定了第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)的可能性。歷史上曾有人企圖制造“一種循環(huán)動(dòng)作的熱機(jī)，只從單一熱源吸收熱量，使之全部變?yōu)楣?，而不向低溫?zé)嵩捶懦鰺崃?，或者說(shuō)不引起其它變化。”這種熱機(jī)稱(chēng)為第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)或單熱源熱機(jī)，其效率=100%。雖然它不違背熱力學(xué)第一定律，但它違背了熱力學(xué)第二定律的開(kāi)爾文表述。 （2）開(kāi)爾文表述中強(qiáng)調(diào)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(shí)，氣體從恒溫?zé)嵩次盏臒崃烤涂梢匀坑脕?lái)對(duì)外做功。但氣體“體積和壓強(qiáng)”發(fā)生了變化，它不能循環(huán)動(dòng)作返回原狀態(tài)。1，按熱傳遞的方向性來(lái)表述，按熱傳遞的方向性來(lái)表述2，是按機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過(guò)，是按機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過(guò)程的方向來(lái)表述。程的方向來(lái)表述。 任何一類(lèi)宏觀自然過(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。 開(kāi)爾文表述實(shí)質(zhì)說(shuō)明功變熱過(guò)程的不可逆性，克勞修斯表述則說(shuō)明熱傳導(dǎo)過(guò)程的不可逆性，兩種表述是等價(jià)的?？捎梅醋C法證明。違背開(kāi)爾文表述一定違背克勞修斯表述違背開(kāi)爾文表述一定違背克勞修斯表述 Q Q1 1熱機(jī)從熱機(jī)從T T1 1吸熱吸熱A A 熱機(jī)輸出功熱機(jī)輸出功Q Q2 2熱機(jī)從熱機(jī)從T T2 2吸熱吸熱Q Q1 1+ +Q Q2 2致冷機(jī)向致冷機(jī)向T T1 1放熱放熱 如果開(kāi)爾文表述不成立，可制成一個(gè)單熱源熱機(jī)，將它同如果開(kāi)爾文表述不成立，可制成一個(gè)單熱源熱機(jī)，將它同另一個(gè)制冷機(jī)組成復(fù)合機(jī)，如圖所示，其另一個(gè)制冷機(jī)組成復(fù)合機(jī)，如圖所示，其總效果總效果相當(dāng)于一個(gè)無(wú)相當(dāng)于一個(gè)無(wú)功致冷機(jī)，于是克勞修斯表述也就不成立。功致冷機(jī)，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(kāi)爾文表述違背克勞修斯表述一定違背開(kāi)爾文表述 T2低溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩?Q2熱量通過(guò)假想裝置自熱量通過(guò)假想裝置自動(dòng)地從動(dòng)地從T2傳向傳向T1Q1卡諾熱機(jī)從卡諾熱機(jī)從T1吸熱吸熱A 卡諾熱機(jī)對(duì)外作功卡諾熱機(jī)對(duì)外作功 開(kāi)爾文表述實(shí)質(zhì)說(shuō)明功變熱過(guò)程的不可逆性，克勞修斯表述則說(shuō)明熱傳導(dǎo)過(guò)程的不可逆性，兩種表述是等價(jià)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(gè)無(wú)功致冷機(jī)，將它如果克勞修斯表述不成立，則可制成一個(gè)無(wú)功致冷機(jī)，將它同另一個(gè)熱機(jī)組成復(fù)合機(jī)，如圖所示，就可使復(fù)合機(jī)成為一單熱同另一個(gè)熱機(jī)組成復(fù)合機(jī)，如圖所示，就可使復(fù)合機(jī)成為一單熱源熱機(jī)，即開(kāi)爾文表述也不成立。源熱機(jī)，即開(kāi)爾文表述也不成立。