1、第三章热力学基础第三章热力学基础第四节第四节 热力学第二定律热力学第二定律任何物体都具有内能，在地球上贮存量十分丰富的任何物体都具有内能，在地球上贮存量十分丰富的海水总质量约达海水总质量约达1.41.410101818吨，它的温度只要降低吨，它的温度只要降低1 1 ，就能释放相当于就能释放相当于1 8001 800万个功率为万个功率为100100万千瓦的核电站一万千瓦的核电站一年的发电量，足够全世界使用年的发电量，足够全世界使用4 0004 000年而人类都不能利年而人类都不能利用这种用这种“新能源新能源”，究其原因，是因为它涉及物理学的，究其原因，是因为它涉及物理学的一个基本定律一个基本定律
2、热力学第二定律热力学第二定律1 1自然界发生的过程一定遵守热力学第一定律，但自然界发生的过程一定遵守热力学第一定律，但遵守热力学第一定律的过程遵守热力学第一定律的过程_能发生，因为它不能能发生，因为它不能说明自然界过程进行的说明自然界过程进行的_，热力学第二定律就是反，热力学第二定律就是反映自然界过程进行映自然界过程进行_和和_的定律的定律2热传导过程中，热量会热传导过程中，热量会_从高温物体传递从高温物体传递给低温物体，但人们从来没有发现热量给低温物体，但人们从来没有发现热量_从低温物从低温物体传给高温物体，这说明热传导过程具有体传给高温物体，这说明热传导过程具有_，要想，要想使热量从低温物
3、体传给高温物体，必须借助使热量从低温物体传给高温物体，必须借助_不一定不一定方向方向方向方向条件条件自发地自发地自发地自发地方向性方向性外界的作用外界的作用3 3机械能和内能的转化过程具有机械能和内能的转化过程具有_，机械能，机械能转化为内能是可以转化为内能是可以_进行的，而相反过程不能进行的，而相反过程不能_进行，要将内能全部转化为机械能，必然会引起进行，要将内能全部转化为机械能，必然会引起_4 4第二类永动机不可能制成，它是指从第二类永动机不可能制成，它是指从_吸吸热全部用来对外做功又不引起热全部用来对外做功又不引起_，把得到的内能，把得到的内能_转化为机械能，效率达到转化为机械能，效率达
4、到_的热机的热机5热力学第二定律常见的有两种表述，克劳修斯的热力学第二定律常见的有两种表述，克劳修斯的表述是按照表述是按照_的方向性表述的，的方向性表述的，方向性方向性自发自发自发自发其他影响其他影响单一热源单一热源其他变化其他变化全部全部100%热传导热传导开尔文的表述是按照开尔文的表述是按照_的方向的方向性表述的，两种表述是性表述的，两种表述是_的的 6 6从微观看，热力学第二定律表明：与热现象有关从微观看，热力学第二定律表明：与热现象有关的自发的宏观过程，总是朝着分子热运动状态的自发的宏观过程，总是朝着分子热运动状态_增加的方向，即熵增加的方向，即熵_的方向进行的的方向进行的机械能与内能
5、转化过程机械能与内能转化过程等价等价无序性无序性增大增大考点考点1 1 热力学第二定律热力学第二定律1 1热力学第二定律的概念热力学第二定律的概念反映自然界过程进行方向和条件的定律反映自然界过程进行方向和条件的定律2 2自然过程的方向性自然过程的方向性(1)(1)热传导：两个温度不同的物体相互接触时，热量热传导：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，而低温物体不可能自会自发地从高温物体传给低温物体，而低温物体不可能自发地将热量传给高温物体，要实现低温物体向高温物体传发地将热量传给高温物体，要实现低温物体向高温物体传递热量，必须借助外界的帮助，因而产生其他影响或引起递
6、热量，必须借助外界的帮助，因而产生其他影响或引起其他变化其他变化(2)(2)机械能和内能的转化过程：物体在水平面上运动，机械能和内能的转化过程：物体在水平面上运动，因摩擦而逐渐停止下来，但绝不可能出现物体吸收原来传因摩擦而逐渐停止下来，但绝不可能出现物体吸收原来传递出去的热量后，在地面上重新运动起来要想将内能全递出去的热量后，在地面上重新运动起来要想将内能全部转化为机械能，必然会引起其他影响部转化为机械能，必然会引起其他影响 (3)(3)气体的扩散现象：两种不同的气体可以自发地气体的扩散现象：两种不同的气体可以自发地进入对方，最后成为均匀的混合气体，但这种均匀的混合进入对方，最后成为均匀的混合
7、气体，但这种均匀的混合气体，决不会自发地分开，成为两种不同的气体，除非使气体，决不会自发地分开，成为两种不同的气体，除非使用物理或化学手段，但这必然要引起其他的变化用物理或化学手段，但这必然要引起其他的变化(4)(4)气体向真空的膨胀：气体可自发地向真空容器气体向真空的膨胀：气体可自发地向真空容器内膨胀，但绝不可能出现气体自发地从容器中流出，使内膨胀，但绝不可能出现气体自发地从容器中流出，使容器内变为真空若借助于抽气机就能实现，但要引起容器内变为真空若借助于抽气机就能实现，但要引起其他变化其他变化 (5)(5)在整个自然界中，无论是有生命的还是无生命在整个自然界中，无论是有生命的还是无生命的，
8、所有的宏观自发过程都有方向性，都是一种不可逆的，所有的宏观自发过程都有方向性，都是一种不可逆过程过程3 3第二类永动机第二类永动机(1)定义：从单一热源吸热全部用来做功，而不引起定义：从单一热源吸热全部用来做功，而不引起其他变化，把它得到的内能全部转化为机械能，热机效其他变化，把它得到的内能全部转化为机械能，热机效率达率达100%.这种想象中的热机称为第二类永动机这种想象中的热机称为第二类永动机(2)(2)第二类永动机不可能制成的原因第二类永动机不可能制成的原因尽管这类永动机不违反热力学第一定律，也不违反尽管这类永动机不违反热力学第一定律，也不违反能量守恒定律，但由于内能全部转化为机械能不能自
9、发能量守恒定律，但由于内能全部转化为机械能不能自发地进行，所以由单一热源吸热把内能全部转化为机械能地进行，所以由单一热源吸热把内能全部转化为机械能而不引起其他变化的这类永动机是不可能造成的而不引起其他变化的这类永动机是不可能造成的4 4热力学第二定律热力学第二定律(1)(1)两种表述：两种表述：克劳修斯表述：热量不能自动地从低温物体传递到克劳修斯表述：热量不能自动地从低温物体传递到高温物体，或表述为，不可能使热量由低温物体传递到高高温物体，或表述为，不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化即热传导的过程具有方向温物体，而不引起其他变化即热传导的过程具有方向性性开尔文表述：不可能从
10、单一热源吸收热量并把它全开尔文表述：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化即机械能与内能的转化部用来做功，而不引起其他变化即机械能与内能的转化具有方向性具有方向性(2)(2)对热力学第二定律的理解：对热力学第二定律的理解：热力学第二定律的实质热力学第二定律的实质揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性如机械揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性如机械能可以全部转化为内能，内能却不可能全部转化为机械能能可以全部转化为内能，内能却不可能全部转化为机械能而不引起其他变化，进一步揭示了各种物质运动形式的转而不引起其他变化，进一步揭示了各种物质运动形式的转化过程都具有方向性告诫人们：第二
11、类永动机不可能制化过程都具有方向性告诫人们：第二类永动机不可能制成热力学第二定律有多种表述形式成热力学第二定律有多种表述形式定律中几个关键词的理解定律中几个关键词的理解“自发地自发地”是指热量从高温物体是指热量从高温物体“自发地自发地”传给低传给低温物体的方向性在传递过程中不会对其他物体产生影响温物体的方向性在传递过程中不会对其他物体产生影响或借助其他物体提供能量等或借助其他物体提供能量等 “不引起其他变化不引起其他变化”的含义是使热量从低温物体传递的含义是使热量从低温物体传递到高温物体或从单一热源吸收热量全部用来做功，不须通到高温物体或从单一热源吸收热量全部用来做功，不须通过第三者的帮助这里
12、的帮助是指提供能量等方式过第三者的帮助这里的帮助是指提供能量等方式“不可能不可能”既包括从单一热源吸收热量全部用来对外既包括从单一热源吸收热量全部用来对外做功、热量从低温热源传到高温热源，也包括过程产生的做功、热量从低温热源传到高温热源，也包括过程产生的其他变化，即不论用任何手段都不可能消除其他变化其他变化，即不论用任何手段都不可能消除其他变化例例1 1热力学定律表明自然界中进行的热现象的宏观热力学定律表明自然界中进行的热现象的宏观过程过程( () )A A有的只遵守热力学第一定律有的只遵守热力学第一定律B B有的只遵守热力学第二定律有的只遵守热力学第二定律C C有的既不遵守热力学第一定律，也
13、不遵守热力学第二有的既不遵守热力学第一定律，也不遵守热力学第二定律定律D D所有的都遵守热力学第一、第二定律所有的都遵守热力学第一、第二定律解析：解析：热力学第一、第二定律是热力学的热力学第一、第二定律是热力学的基本定律，对所有涉及热现象的宏观过程都成基本定律，对所有涉及热现象的宏观过程都成立，立，D D对，对，A A、B B、C C错错答案：答案：D课课 堂堂训训 练练1 1( (双选双选) )关于热传导的方向性，下列说法中正确的是关于热传导的方向性，下列说法中正确的是( () )A A热量能自发地从高温物体传给低温物体热量能自发地从高温物体传给低温物体B B热量能自发地从低温物体传给高温物
14、体热量能自发地从低温物体传给高温物体C C在一定条件下，热量也可从低温物体传给高温物体在一定条件下，热量也可从低温物体传给高温物体D D热量一定不能从低温物体传给高温物体热量一定不能从低温物体传给高温物体解析：解析：热量可自发地从高温物体传给低温物体，但不能自热量可自发地从高温物体传给低温物体，但不能自发地从低温物体传给高温物体热量要从低温物体传给高温物体，发地从低温物体传给高温物体热量要从低温物体传给高温物体，必须借助外界的作用必须借助外界的作用A正确，正确，B错误，错误，C正确，正确， D错误错误答案：答案：AC考点考点2 2 热力学第二定律的微观实质熵热力学第二定律的微观实质熵1 1热力
15、学第二定律的微观理解热力学第二定律的微观理解(1)(1)有序和无序：确定某种规则后，符合这个规则的有序和无序：确定某种规则后，符合这个规则的就是有序的，不符合这个规则和要求的分布就是无序的，就是有序的，不符合这个规则和要求的分布就是无序的，无序意味着各处都一样、平均、没有差别；而有序则正好无序意味着各处都一样、平均、没有差别；而有序则正好相反，有序和无序是相对的相反，有序和无序是相对的(2)(2)热力学第二定律的微观解释：热力学第二定律的微观解释：系统的热力学过程就是大量分子无序运动状态的系统的热力学过程就是大量分子无序运动状态的变化从微观看，在通过做功使系统内能增加的过程中，变化从微观看，在
16、通过做功使系统内能增加的过程中，自然过程是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化自然过程是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化的过程，但其逆过程却不能自发地进行，即不可能由大量的过程，但其逆过程却不能自发地进行，即不可能由大量分子无规则的热运动自发转变为有序运动分子无规则的热运动自发转变为有序运动 高温物体和低温物体中的分子都在做无规则的热运高温物体和低温物体中的分子都在做无规则的热运动，但是高温物体中分子热运动的平均速率要大于低温物动，但是高温物体中分子热运动的平均速率要大于低温物体所以在高温物体分子与低温物体分子的碰撞过程中，体所以在高温物体分子与低温物体分子的碰撞过程中，低温物体分
17、子运动的剧烈程度会逐渐加剧，即低温物体的低温物体分子运动的剧烈程度会逐渐加剧，即低温物体的温度升高了温度升高了而高温物体分子运动的剧烈程度会减缓，即而高温物体分子运动的剧烈程度会减缓，即高温物体的温度降低了所以从宏观热现象角度来看，热高温物体的温度降低了所以从宏观热现象角度来看，热传导具有方向性，达到热平衡后，传导具有方向性，达到热平衡后，物体内部分子热运动剧烈程度趋向一致，原来那种分子按动物体内部分子热运动剧烈程度趋向一致，原来那种分子按动能大小有序分布的状态变为所有分子相同的无序状态，因此，能大小有序分布的状态变为所有分子相同的无序状态，因此，系统的无序性增加了系统的无序性增加了 高温物体
18、和低温物体中的分子都在做无规则的热运高温物体和低温物体中的分子都在做无规则的热运动，但是高温物体中分子热运动的平均速率要大于低温物动，但是高温物体中分子热运动的平均速率要大于低温物体所以在高温物体分子与低温物体分子的碰撞过程中，低体所以在高温物体分子与低温物体分子的碰撞过程中，低温物体分子运动的剧烈程度会逐渐加剧，即低温物体的温度温物体分子运动的剧烈程度会逐渐加剧，即低温物体的温度升高了升高了 (3)(3)热力学第二定律的微观实质：热力学第二定律的微观实质：与热现象有关的自发的宏观过程，总是朝着分子热运动与热现象有关的自发的宏观过程，总是朝着分子热运动状态无序性增加的方向进行的状态无序性增加的
19、方向进行的 2 2熵熵 (1)(1)熵的物理意义：熵的物理意义： 熵是反映系统无序程度的物理量，正如温度反映物熵是反映系统无序程度的物理量，正如温度反映物体内分子平均动能大小一样系统越混乱，无序程度越体内分子平均动能大小一样系统越混乱，无序程度越大，就称这个系统的熵越大大，就称这个系统的熵越大 (2)(2)热力学系统中熵的变化：热力学系统中熵的变化：系统自发变化时，总是向着无序程度增加的方向发系统自发变化时，总是向着无序程度增加的方向发展，至少无序程度不会减少从熵的意义上来说，系统自展，至少无序程度不会减少从熵的意义上来说，系统自发变化时，总是向着熵增加的方向进行，不会使熵减小发变化时，总是向
20、着熵增加的方向进行，不会使熵减小例例2 2( (双选双选) )关于热力学第二定律的微观实质，下列关于热力学第二定律的微观实质，下列说法正确的是说法正确的是( () )A A大量分子无规则的热运动能够自动转变为有序运大量分子无规则的热运动能够自动转变为有序运动动B B热传递的自然过程是大量分子从有序运动状态向热传递的自然过程是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化的过程无序运动状态转化的过程C C热传递的自然过程是大量分子从无序程度小的状热传递的自然过程是大量分子从无序程度小的状态向无序程度大的运动状态转化的过程态向无序程度大的运动状态转化的过程D D一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大
21、一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行的方向进行解析：解析：分子热运动是大量分子的无规则运动，系统的分子热运动是大量分子的无规则运动，系统的一个宏观过程包含着大量的微观状态，这是一个无序的运一个宏观过程包含着大量的微观状态，这是一个无序的运动，根据熵增加原理，热运动的结果只能使分子热运动更动，根据熵增加原理，热运动的结果只能使分子热运动更加无序，而不是变成了有序，热传递的自然过程从微观上加无序，而不是变成了有序，热传递的自然过程从微观上讲就是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的讲就是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的运动状态转化的过程运动状态转化的过程C C、D
22、 D项正确项正确答案：答案：CD课课 堂堂训训 练练2 2下列有关熵的说法中不正确的是下列有关熵的说法中不正确的是( () )A A熵是系统内分子运动无序性的量度熵是系统内分子运动无序性的量度B B在自然过程中熵总是增加的在自然过程中熵总是增加的C C熵越小代表越有序熵越小代表越有序D D熵越大代表越有序熵越大代表越有序课课 堂堂训训 练练解析：解析：熵是表征分子运动无序性的物理量，熵越大，熵是表征分子运动无序性的物理量，熵越大，说明越混乱，即越无序热力学第二定律的微观意义表说明越混乱，即越无序热力学第二定律的微观意义表明：一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的明：一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行，即向熵增大的方向进行，熵越大代表越无序，方向进行，即向熵增大的方向进行，熵越大代表越无序，熵越小代表越有序，故应选熵越小代表越有序，故应选D.答案：答案：D
