1、第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念 4热力学第二定律 1.知道传热、扩散现象、机械能与内能的转化等都具有方向性。了解什么是热力 学第二定律。 2.理解热力学第二定律的两种表述,以及两种表述的物理实质。 3.能运用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移及宏观自然过程的方向 性问题。 4.了解什么是能量耗散和品质降低。 第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念 1.一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。如物体间的传热、气 体的膨胀、扩散、有摩擦的机械运动都有特定的方向性。 2.在物理学中,反映宏观自然过程的方向性的定律就是热力学第二定 律。 1 | 热力学第二定律 第第
2、1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念 1.内容:热量不能自发地从低温物体传到高温物体。 2.方向性 (1)热量可以自发地由高温物体传给低温物体。 (2)热量不能自发地由低温物体传给高温物体。 (3)传热是有方向性的。 2 | 热力学第二定律的克劳修斯表述 第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念 1.热机工作的两个阶段 第一个阶段是燃烧燃料,把燃料中的化学能变成工作物质的内能。 第二个阶段是工作物质对外做功,把自己的内能变成机械能。 2.内容 不可能从单一热库吸收热量,使之完全变成功,而不产生其他 影响。 3.理解 (1)热力学第二定律的开尔文表述阐述了机械能与内能转化的方向性:机
3、械能可以 全部转化为内能,而内能无法全部用来做功以转化成机械能。 (2)热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述是等价的。 3 | 热力学第二定律的开尔文表述 第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念 1.能量耗散 能量在数量上虽然守恒,但其转移和转化却具有方向性。根据热力学第二 定律,分散在环境中的内能不能自动聚集起来驱动机器做功了。这样的转 化过程叫作“能量耗散”。 2.能量品质的降低 能源是指具有高品质的容易利用的储能物质,例如石油、天然气、煤等。 能源的使用过程中虽然能的总量保持守恒,但能量的品质下降了。 4 | 能源是有限的 第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念 1.
4、温度不同的两个物体接触时,热量能自发地从高温物体传给低温物体,所以热量 不能由低温物体传给高温物体。() 提示:热量可以由低温物体传给高温物体,但这种传递不是自发的。 2.制冷系统能将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气,而不引起其他变化。 () 提示:制冷系统消耗了电能,将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气。 3.科技发达后,热机的效率可以达到100%。() 提示:由热力学第二定律可知热机的效率不可以达到100%。 4.机械能可以全部转化为内能,而内能不能自发地全部转化为机械能。() 提示:机械能与内能的转化是有方向的,内能不能自发地全部转化为机械能。 判断正误，正确的画“ ” ，错误的画“
5、” 。 第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念 5.各种形式的能量向内能的转化,是能够自动发生的。() 6.能够制成的热机既不违背能量守恒定律,也不违背热力学第二定律。() 7.能量耗散使能量的总量减少,违背了能量守恒定律。() 提示:根据能量守恒定律,能量耗散不会使能量的总量减少。 8.根据能量守恒定律可知,节约能源是没有必要的。() 提示:虽然能量总量不会减少,但能源会逐步减少,因此节约能源是有必要的。 第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念 | 对热力学第二定律的理解 情境河水只能从高处流向低处,“奔流到海不复回”,不会自动地从低处流向高 处。成语“覆水难收”指的是一盆水
6、泼出去后是不可能再倒回盆中的。下落的石 头也不会把内能自动转化为动能,使自己重新飞上天去。 第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念 问题 1.这些现象说明什么道理? 提示:这些现象说明自然界的宏观过程不可能自动地逆向进行。 2.能否使这些现象逆向进行? 提示:可以使这些现象逆向进行,但不是自发地,必须有第三者的介入。 3.传热的方向性能否简单理解为“热量不会从低温物体传给高温物体”? 提示:不能。能够实现热量从低温物体传给高温物体,如电冰箱,但这不是自发地进 行的,需要消耗电能。 第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念 对热力学第二定律的几点理解对热力学第二定律的几点理解 (1
7、)克劳修斯表述中“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。 (2)热量可以自发地从高温物体传向低温物体,却不能自发地从低温物体传向高温 物体。要将热量从低温物体传向高温物体,必须有“外界的影响或帮助”,就是要 由外界对其做功才能完成。 (3)开尔文表述中的“不可能从单一热库吸收热量”,意思是:不仅要从一个热库吸 热,而且一定会向另一个热库放热。“其他影响”指的是:不是不能从单一热库吸 收热量全部用来做功,而是这样做的结果,一定伴随着
8、其他变化或影响;同样,热量也 不是不能从低温物体传到高温物体,而是指不产生其他影响的自动传热是不可能的。 第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念 项目克劳修斯表述开尔文表述 作用阐述了传热的方向性;传热的过程可以自 发地由高温物体向低温物体进行,但相反 方向却不能自发地进行,这是一个不可逆 过程 阐述了机械能与内能转化的方向性。机械能 可以全部转化为内能,而内能无法全部用来 做功以转化成机械能 等价性 和实质 如果克劳修斯表述不成立,则开尔文表述也不成立。不管如何表述,热力学第二定律的 实质都是相同的,即一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的 举例传热过程的方向性 扩散现象的方向性 机械能和内能转化的方向性 气体向真空中自由膨胀的方向性 电能和内能转化的方向性 热力学第二定律的克劳修斯表述与开尔文表述的对比热力学第二定律的克劳修斯表述与开尔文表述的对比
