1、第四章4热力学第二定律5初识熵 学习目标1.了解热力学第二定律的两种表述，并能用热力学第二定律解释第二类永动机不能制成的原因.2.能运用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移以及方向性问题.3.了解有序和无序是相对的，知道熵的概念.4.了解熵增原理，知道它是热力学第二定律的另一种表述.内容索引知识探究题型探究达标检测知识探究一、热力学第二定律一、热力学第二定律导学探究导学探究有人提出这样一种设想，发明一种热机，用它把物体与地面摩擦所产生的热量都吸收过来并对物体做功，将内能全部转化为动能，使因摩擦停止运动的物体在地面上重新运动起来，而不引起其他变化.这是一个非常诱人的设想，这种设想并不违反能
2、量守恒定律，如果真能造出这样的热机，那么，我们只从海水中吸收热量来做功，就成为可能了，“能源问题”也就解决了.这样的热机能制成吗？为什么？答案答案不能.违背了热力学第二定律.答案1.两种表述(1)克劳修斯表述：不可能把热量从 物体传递到 物体而不产生其他影响.阐述的是热传递的 .(2)开尔文表述：不可能从单一热源吸取热量使之 变为有用的功而不产生其他影响.阐述的是机械能与内能转化的 .2.两种表述是等效的两种表述看上去似乎没有联系，然而实际上它们是 的，即由其中一个可以推导出另一个.知识梳理知识梳理低温高温方向性全部方向性等效3.热力学第二定律的其他描述(1)一切宏观自然过程的进行都具有 .(
3、2)气体向真空的自由膨胀是 的.(3)第二类永动机是 (填“可能”或“不可能”)制成的.4.热力学第二定律的实质热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性，使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有 .方向性不可逆不可能方向性5.第二类永动机(1)定义：假设某一系统吸收空气或海水中的热量，对外部做有用功，而又返回到初态.如此周而复始地反复进行，永不停止，该系统称为第二类永动机.(2)不可能制成的原因：能量守恒定律，但 了热力学第二定律.(填“违反”或“不违反”)不违反违反即学即用即学即用判断下列说法的正误.(1)机械能可以完全转化为内能.()(2)内能不可能完
4、全转化为机械能.()(3)可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功.()(4)第二类永动机违背了能量守恒定律.()(5)第二类永动机违背了热力学第二定律.()二、初识熵二、初识熵导学探究导学探究固体自发地熔化为液体、固体结晶要比液体整齐有序；液体自发地蒸发为气体，液体分子的分布比气体分子要集中有序.两种不同气体相互扩散，由有序变为无序，这些现象都说明了什么问题？答案答案自发过程总是向着无序性增大的方向进行.答案1.熵的概念(1)熵是系统 性程度的量度.“有序”和“无序”是相对而言的，是从有序程度上讲的，熵越高，意味着宏观态所对应的微观态数目越多，即越 ，熵越低即越 .(2)熵是不可逆过程的共同判
5、据系统的自发过程总是从 向 变化.因为熵是系统无序度的量度，所以可以用熵作为一切不可逆过程的共同判据.知识梳理知识梳理无序无序有序有序无序(3)熵是系统状态的函数系统的一个 对应一个熵值.如一块完整的玻璃有一熵值，打碎的玻璃另有一个熵值.2.熵增原理热力学第二定律的另一种表述孤立系统的熵总是 的，或者孤立系统的熵总不减少.(1)“孤立系统”是指与外界既没有 的交流，也没有 的交换，即与外界没有任何联系的系统.(2)熵增是孤立系统内部实际发生过程的必然趋势.即一切自然过程总是沿着无序性 的方向进行.状态增加能量增大物质即学即用即学即用判断下列说法的正误.(1)一个系统中个体排列的“有序”和“无序
6、”是绝对的.()(2)熵值越大代表着越有序.()(3)孤立系统的总熵可能增大，也可能减小.()题型探究一、对热力学第二定律的理解在热力学第二定律的表述中，“自发地”“不可能”“不产生其他影响”的涵义1.“自发地”是指热量从高温物体“自发地”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或不需借助其他物体提供能量等.2.关于“不可能”：实际上热机或制冷机系统循环终了时，除了从单一热源吸收热量对外做功，以及热量从低温热源传到高温热源以外，过程所产生的其他一切影响，不论用任何曲折复杂的办法都不可能加以消除.3.“不产生其他影响”的涵义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生
7、热力学方面的影响.如吸热、放热、做功等.例例1(多选)根据热力学第二定律可知，下列说法中正确的是A.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B.没有冷凝器，只有单一的热源，能将从单一热源吸收的热量全部用来 做功，而不引起其他变化的热机是可以实现的C.制冷系统将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气中，而不引起其他 变化D.不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化答案解析解析解析热力学第二定律揭示了与热现象有关的物理过程的方向性，机械能和内能的转化过程具有方向性，机械能可以全部转化为内能，而内能要转化为机械能必须借助外部的帮助，即会引起其他变化，A选项正确，B选项错
8、误；热传递过程也具有方向性，热量能自发地从高温物体传给低温物体，但是热量要从低温物体传到高温物体，必然要引起其他变化(外界对系统做功)，故C选项错误，D选项正确.(1)一切物理过程均遵守能量守恒定律，但遵守能量守恒定律的物理过程不一定均能实现.(2)热力学第二定律的两种表述分别对应着一种“不可能”，但都有一个前提条件“自发地”或“不产生其他影响”，如果去掉这种前提条件，就都是有可能的.例如电冰箱的作用就是使热量从低温物体传到高温物体，等温膨胀就是从单一热源吸收热量，使之完全用来做功.但不是自发的或是产生了其他影响.总结提升总结提升针对训练针对训练1(多选)下列说法中正确的是A.一切涉及热现象的
9、宏观过程都具有方向性B.一切不违背能量守恒定律的物理过程都是可能实现的C.由热力学第二定律可以判断物理过程能否自发进行D.一切物理过程都不可能自发地进行答案解析解析解析能量转移和转化的过程都是具有方向性的，A对；第二类永动机不违背能量守恒定律，但是不能实现，B错；在热传递的过程中，能量可以自发地从高温物体传到低温物体，但其逆过程不可能自发地进行，C对，D错.1.热力学第二定律的微观意义：热力学第二定律揭示了涉及热现象的一切宏观自然过程都只能在一个方向上发生，而不会可逆地在相反的方向上出现.它指出在能量得以平衡的众多过程中，哪些可能发生，哪些不可能发生.2.对熵的四点理解(1)熵的微观意义：熵是
10、系统内分子热运动无序性的量度.(2)熵是表示一个体系自由度的物理量.熵越大，表示在这个体系下的自由度越大，可能达到的状态越多.(3)熵不是守恒的量，在孤立体系中经过一个不可逆过程，熵总是增加的.(4)熵的本质：熵是体系微观混乱度的量度，混乱度越大，熵值也越大.二、初识熵例例2(多选)关于热力学第二定律的微观意义，下列说法正确的是A.大量分子无规则的热运动能够自动转变为有序运动B.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C.热传递的自然过程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D.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答案解析解
11、析解析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，故选C、D.(1)一切自发过程都是不可逆的，总是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化发展的过程，即无序性增加的过程.(2)传热过程是大量分子由无序程度小的运动状态转化为无序程度大的运动状态的过程，体现了热传递的方向性.总结提升总结提升解析解析一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行，这就是热力学第二定律的微观意义.系
12、统的热力学过程就是大量分子向无序程度大的状态变化的过程.自然过程的方向性可以表述为：在任何自然过程中，一个孤立系统的熵值不会减小，因此热力学第二定律又称为熵增加原理.故A、B、D说法正确，C说法错误.例例3下列关于熵的说法中错误的是A.熵是系统内分子运动无序性的量度B.在自然过程中一个孤立系统的熵总是增加或不变的C.热力学第二定律也叫做熵减小原理D.熵值越大代表着越无序答案解析1.两个定律比较热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的具体表现形式，在转化的过程中，总的能量保持不变.热力学第二定律是指在有限的时间和空间内，一切和热现象有关的物理过程、化学过程具有不可逆性.2.两类永动机的比较第一类
13、永动机：不消耗任何能量，可以不断做功(或只给予很小的能量启动后，可以永远运动下去).第二类永动机：将内能全部转化为机械能，而不引起其他变化(或只有一个热源，实现内能与机械能的转化).三、热力学第一定律和热力学第二定律的比较3.第一类永动机和第二类永动机都不可能制成第一类永动机的设想违背了能量守恒定律；第二类永动机的设想不违背能量守恒定律，但违背了热力学第二定律.例例4关于热力学第一定律和热力学第二定律，下列论述正确的是A.热力学第一定律指出内能可以与其他形式的能相互转化，而热力学第 二定律则指出内能不可能完全转化为其他形式的能，故这两条定律是 相互矛盾的B.内能可以全部转化为其他形式的能，只是
14、会产生其他影响，故两条定 律并不矛盾C.两条定律都是有关能量转化的规律，它们不但不矛盾，而且没有本质 区别D.其实，能量守恒定律已经包含了热力学第一定律和热力学第二定律答案解析解析解析热力学第一定律是能量守恒在热现象中的体现，而热力学第二定律则指出内能和其他形式能发生转化的方向性，两者并不矛盾，选项A、C、D错误，B正确.针对训练针对训练2(多选)第二类永动机不可能制成是因为A.违背了能量守恒定律B.违背了热力学第二定律C.机械能不能全部转变为内能D.内能不可能全部转化为机械能，而不产生其他影响答案达标检测12341.(多选)下列哪些现象能够发生，并且不违背热力学第二定律A.一杯热茶在打开杯盖
15、后，茶会自动变得更热B.蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能C.桶中混浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，水变清，泥、水自动 分离D.电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体答案解析解析解析A、B都违背了热力学第二定律，都不能发生.C中系统的势能减少了，D中消耗了电能，所以不违背热力学第二定律，均能发生.12342.下列说法正确的是A.机械能全部变成内能是不可能的B.第二类永动机不可能制造成功是因为能量既不会凭空产生，也不会凭 空消失，只能从一个物体转移到另一个物体，或从一种形式转化成另 一种形式C.根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体D.从单一热源吸收的热量全部变成
16、功是可能的答案解析1234解析解析机械能可以全部转化为内能，故A错；第二类永动机不可能制造成功是因为它违背了热力学第二定律，故B错；热量不能自发地从低温物体传到高温物体，但如果不是自发地，是可以进行的，故C错；从单一热源吸收热量全部用来做功而不引起其他变化，是不可能的，但如果是从单一热源吸收热量全部变为功的同时也引起了其他的变化，是可能的，故D项对.12343.(多选)对“覆水难收”的叙述正确的是A.盛在盆中的水是一种宏观态，因盆子的因素，对应的微观态数目较少，较为有序B.盛在盆中的水是一种宏观态，因盆子的因素，对应的微观态数目较多，较为无序C.泼出的水是一种宏观态，因不受器具的限制，对应的微观态数目较多，较为无序D.泼出的水是一种宏观态，因不受器具的限制，对应的微观态数目较少，较为有序答案12344.下列说法中正确的是A.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B.一切自然过程总是沿着分子热运动的有序性增大的方向进行C.在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵一定不会增大D.在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵可能减小答案解析解析解析根据熵增原理，不可逆过程总是朝着熵增大的方向进行，故选A.
