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教科版高中物理选修3-3课件-4-热力学第二定律课件.pptx

1、第四章 能量守恒与热力学定律四、热力学第二定律当物体温度升高时,就要吸收热量;当物体温度降低时,就要放出热量。而且热量公式Q=cmt,这里有一个有趣的问题:地球上有大量的海水,它的总质量约为1.41018 t,如果这些海水的温度降低0.1oC,将要放出多少焦耳的热量?海水的比热容为C=4.2103J/(kg)Q=4.2101.410 100.1 J=5.810J这相当于1800万个功率为100万千瓦的核电站一年的发电量。为什么人们不去研究这“新能源”呢?原来,这样做是不可能的,这涉及物理学的一个基本定律,这就是本节要讨论的热力学第二定律。一、热传递的方向性实验:点燃酒精灯,用钳夹住事先准备好的

2、铁块,在火焰上灼烧一段时间后,问学生现在如果用手摸会出现什么现象?下面把灼热的铁块放入冷水中,过一段时间,拿出铁块现在你们敢用手摸吗?通过这个实验说明什么问题?热量从温度高的物体自发地传给温度低的物体例如:雪花落在手上就融化,挨着火炉就温暖等等。有没有可能发生这样地现象,热量自发地从低温物体传给高温物体,使低温物体的温度越来越低,高温物体的温度越来越高。这里所说的“自发地”,指的是没有任何外界的影响或帮助。学生思考讨论一会后,有的同学可能产生疑问:电冰箱内部的温度比外部低,为什么致冷系统还能够不断地把冰箱内的热量传给外界的空气?这是因为电冰箱消耗了电能,对致冷系统做了功。一旦切断电源,电冰箱就

3、不能把其内部的热量传给外界的空气了。相反,外界的热量会自发地传给电冰箱,使其温度逐渐升高。热传导的方向性:两个温度不同的物体相互接触时,热量会自发地从高温物体传给低温物体。要实现相反过程,必须借助外界的帮助,因而产生其他影响或引起其他变化。结论:热力学第二定律的一种表述:热量不能自发地从低温物体传到高温物体。这是热力学第二定律的克劳修斯表述。这里阐述的是热传递的方向性.在这个表述中,“自发”二字指的是:当两个物体接触时,不需要任何第三者的介入、不会对任何第三者产生任何影响,热量就能从一个物体传向另一个物体.当两个温度不同的物体接触时,这个“自发”的方向是从高温物体指向低温物体的。热力学第二定律

4、的克劳修斯表述实质上就是:热传递过程是不可逆的。热力学第二定律的另一种表述(第二类永动机)前面我们学习了第一类永动机,不能制成的原因是什么?什么是第二类永动机呢?思考讨论下列问题:1.热机是一种把什么能转化成什么能的装置?2.热机的效率能否达到100%?3.第二类永动机模型4.机械能和内能转化的方向性1.热机是一种把内能转化成机械能的装置2.热机的效率不能达到100%原因分析:以内燃机为例,气缸中的气体得到燃烧时产生的热量为Q1,推动活塞做工W,然后排出废气,同时把热量Q2散发到大气中,由能量守恒定律可知:Q1=W+Q2 我们把热机做的功W和它从热源吸收的热量Q1的比值叫做热机的效率,用表示=

5、W/Q1 实际上热机不能把得到的全部内能转化为机械能,热机必须有热源和冷凝器,热机工作时,总要向冷凝器散热,不可避免的要由工作物质带走一部分热量Q2,所以有:Q1W 因此,热机的效率不可能达到100%,汽车上的汽油机械效率只有20%30%,蒸汽轮机的效率比较高,也只能达到60%,即使是理想热机,没有摩擦,也没有漏气等能量损失,它也不可能把吸收的热量百分之百的转化成机械能,总要有一部分散发到冷凝器中。师生总结:热力学第二定律的另一种表述:不可能从单一热源吸收热量,使之完全变成功,而不产生其他影响。这是热力学第二定律的开尔文表述(也称第二类永动机)。教师应该强调定律内容“而不产生其他影响”这个条件

6、,举出“绝热膨胀”的例子加以说明。第二类永动机并不违反能量守恒定律,人们为了制造出第二类永动机作出了各种努力,但同制造第一类永动机一样,都失败了。为什么第二类永动机不可能制成呢?因为机械能和内能的转化过程具有方向性。机械能全部转化成内能,内能却不能全部转化为机械能,同时不引起其他变化。例如:1.气体的扩散现象。2.书上连通器的小实验(气体向其中膨胀)。说明有些物理过程具有方向性。热力学第二定律的两种表述表述一:不可能使热量由低温物体传递到高温物体,而不引起其他变化(按照热传递的方向性来表述的)表述二:不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功,而不引起其他变化。也可表述为第二类永动机是不可能制

7、成的。(机械能与内能转化具有方向性)这两种表述是等价的,可以从一种表述导出另一种表述,所以他们都称为热力学第二定律。热力学第二定律揭示了有大量分子参与的宏观过程的方向性。(自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性)。因此,对任何一类宏观自然过程进行方向的说明,都可以作为热力学第二定律的表述。如图中,盒子中间有一个挡板,左室为真空,右室有气体。撤去挡板后右室的气体自发地向左室扩散,而相反的过程不可能自发地进行。因此,热力学第二定律也可以表述为:气体向真空的自由彭胀是不可逆的。【注意】:不管如何表述,热力学第二定律的实质在于揭示了:一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。三、【随堂练习】

8、1、热力学第二定律使人们认识到,自然界中进行的涉及 现象的宏观过程都具有 性,例如机械能可以 转化为内能,但内能 全部转化成机械能,而不引起其他变化。2.热传导的规律为:()A、热量总是从热量较多的物体传递给热量较少的物体B、热量总是从温度较高的物体传递给温度较低的物体 C、热量总是从内能较多的物体传递给内能较少的物体 D、热量总是从比热容较大的物体传递给比热容较小的物体3.根据热力学第二定律,下列判断正确的是()A电流的能不可能全部变为内能 B在火力发电机中,燃气的内能不可能全部变为电能 C热机中,燃气内能不可能全部变为机械能 D在热传导中,热量不可能自发地从低温物体传递给高温度物体4.第二类永动机不可以制成,是因为()A违背了能量的守恒定律 B热量总是从高温物体传递到低温物体 C机械能不能全部转变为内能 D内能不能全部转化为机械能,同时不引起其他变化【课后思考题】:一种冷暖两用型空调铭牌标注有如下指标:输入功率1KW,制冷能力1.2104KJ/h,制热能力1.3104 KJ/h。这样,该空调在制热时,每消耗1J电能,将放出3J多热量,是指标注错误还是能量不守恒呢?

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