1、10.4热力学第二定律热力学第二定律 第一页，共24页。1 0.4 热力学第二定律 第一页，共2 4 页。把刚煮好的热鸡蛋放在冷水中，过一会几，鸡蛋的温度降低，水的温度什高，最后水和鸡蛋的温度相同。是否可能发生这样的現象:原来温度相同的水和鸡蛋过一会儿水的温度自发的降低而鸡蛋温度自发上升，生蛋变成熟蛋？热量自发地由高温物体向低温物体传递的过程是不可逆的。第二页，共24页。把刚煮好的热鸡蛋放在冷水中，过一会几，鸡蛋的温2、一滴墨水滴进一杯清水中，不久整杯水都均匀与地变黑了。有没有这样的逆过程”:这杯均匀墨水中的小碳粒又自发地聚集在一起，成为一滴墨水，而其余部分又成了清水?扩散现象进行是有方向的扩
2、散现象进行是有方向的,过程是不可逆的。过程是不可逆的。第三页，共24页。2、一滴墨水滴进一杯清水中，不久整杯水都均匀与地变黑了。有没3、在平地上滚动的足球克服摩擦力做功，其动能转化为内能，最终停了下来，同时足球、地面及周圆空气的温度略有上升。会不会有这样的现象:静止的足球和地面周国的空气自发地降低温度释内能，并将释数出的内能全部转化为动能，让足球又滚动起来?功可以自动转化为热，功可以自动转化为热，但热却不能自动转化为功。但热却不能自动转化为功。通过摩擦而使功转变为热通过摩擦而使功转变为热的过程是不可逆的。的过程是不可逆的。第四页，共24页。3、在平地上滚动的足球克服摩擦力做功，其动能转化为内能
3、，最终4、装着压缩气体的钢瓶，打开阀门后会听到“赤一声，气体到外面。会不会有这样的现象：外面的气体自发地进入钢瓶，是瓶内的压强变大？气体膨胀气体膨胀(绝热自由膨胀绝热自由膨胀)的过程是不可逆的。的过程是不可逆的。可逆与不可逆过程：热量传递、扩散现象、功转热、气体膨胀都是单方向进行，不可逆的。它们违背能量守恒定律了吗？第五页，共24页。4、装着压缩气体的钢瓶，打开阀门后会听到“赤一声，气体到外面 能量守恒定律告诉我们，在自然界发生的一切过程中能量都是守恒的，一个导致能量创生或能量消灭的过程是不可能出现的。然而，并不是所有符合能量守恒定律的宏观过程都能真的发生。无数事实告诉我们，凡是实际的过程，一
4、切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。物体间的传热气体的膨胀扩散现象有摩擦的机械运动热现象都有特定的方向温度由高到低体积由大到小由密到疏由功到热第六页，共24页。能量守恒定律告诉我们，在自然界发生的一切过程一、热力学第二定律的一种表述一、热力学第二定律的一种表述 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、克劳修斯表述：按热传递的方向性来表述：热量不能自发从低温物体传到高温物体。当两个物体接触时，不需要第三者介入、也不会对任何第三者产生影响，热量就能从一个物体传递到另外一个物体。低温低温高温高温自发自发理解“自发自发”：高温高温低温低温自发自发第七页，共24页。一、热
5、力学第二定律的一种表述 在物理学中，反映 电冰箱的内部温电冰箱的内部温度比外部温度低，为度比外部温度低，为什么致冷系统还能不什么致冷系统还能不断地把箱内热量传给断地把箱内热量传给外界的空气？继续降外界的空气？继续降温，直至达到设定的温，直至达到设定的温度。温度。电冰箱工作时违反热力学第二定律吗？电冰箱工作时违反热力学第二定律吗？第八页，共24页。电冰箱的内部温度比外部温度低，为什么致冷系统还能不断贮藏的食贮藏的食品品大气大气电冰箱制冷系统电源做功 因为电冰箱消耗了电能，对制冷系统做了功，一旦切断电源，电冰箱就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
6、高。该过程不是自发的，有小三第九页，共24页。贮藏的食品大气电冰箱制冷系统热量热量电源做功 因为电冰箱低温热库是热量流向低温的地方。会不会有这样的现象:静止的足球和地面周国的空气自发地降低温度释内能，并将释数出的内能全部转化为动能，让足球又滚动起来?地球上海水的总质量达1，4102kg。5L的水，测得烧水前的水温是15，水烧开后便停止加热。二、热力学第二定律的另一种表述电冰箱的内部温度比外部温度低，为什么致冷系统还能不断地把箱内热量传给外界的空气？继续降温，直至达到设定的温度。是否可能发生这样的現象:原来温度相同的水和鸡蛋过一会儿水的温度自发的降低而鸡蛋温度自发上升，生蛋变成熟蛋？开尔文表述阐
7、述了机械能与内能转化的方向性：尽量译尽地说明:汽油燃烧时释放的化学能通过哪些途径最终转化成了周国环境的内能要使热传递方向倒转过来，只有靠消耗功来实现。2、一滴墨水滴进一杯清水中，不久整杯水都均匀与地变黑了。热量自发地由高温向低温传递的过程是不可逆的。热量自发地由高温向低温传递的过程是不可逆的。所以热机必然会有损耗，这样的热机的效率永远不是100？能量守恒定律告诉我们，在自然界发生的一切过程中能量都是守恒的，一个导致能量创生或能量消灭的过程是不可能出现的。按热传递的方向性来表述：不可能使热量从低温物体传到高温物体。前面学到的，违背能量守恒定律的永动机，叫做第一类永动机。地球上海水的总质量达1，4
8、102kg。原因：违背了跟热现象相联系的宏观自然过程具有方向性的规律（热力学第二定律）。如果没有漏气、没有摩擦，也没有机体热量的损失，这样的热机的效率是不是100？2、一滴墨水滴进一杯清水中，不久整杯水都均匀与地变黑了。结果：无一例外地归于失败。煤气的密度/,单位是kg/m3；2、热力学第二定律的另一种表达：第二类永动机是不可能造成的。因此，热力学第二定律气体向真空的自由膨胀是不可逆的。解：他还要知道水的比热c，水的密度，煤气的燃烧值q,煤气的密度，c表示比热，单位是J/kg；在劳的讲法中，指出了在自然条件下热量只能从高温物体向低温物体转移，而不能由低温物体自动向高温物体转移，也就是说在自然条
9、件下，这个转变过程是不可逆的。要使热传递方向倒转过来，只有靠消耗功来实现。高高温温低低温温自发自发第三者做功第十页，共24页。低温热库是热量流向低温的地方。在劳的讲法中，指出了在 在整个自然界中，无论是他有生命的还是无生命的，所有的宏观自发过程都具有单向性，都有一定的方向性，都是一种不可逆过程。如河水向下流，重物向下落，山岳被侵蚀，人的一生从婴儿到老年到死亡等。第十一页，共24页。在整个自然界中，无论是他有生命的还是无生命的热机：是一种把热机：是一种把内能内能转化为转化为机械能机械能的装置。的装置。工作原理和过程：第一阶段燃料燃烧，把化学能转化为内能尾气排放等Q损损第二阶段工作质对外做功，把内
10、能变成机械能。Q热机W二、热力学第二定律的另一种表述二、热力学第二定律的另一种表述第十二页，共24页。热机：是一种把内能转化为机械能的装置。工作原理和过程：第由能量守恒定律知道由能量守恒定律知道 Q=W+Q损损热机的效率热机的效率QW 热机的效率小于100%，就不可能把从高温热源吸收的热量全部转化为机械能，总有一部分热量散发到冷凝器中。燃料产生燃料产生的热量的热量Q输出机械输出机械功功W漏气热损漏气热损散热热损散热热损摩擦热损摩擦热损效率：效率：Q损损第十三页，共24页。由能量守恒定律知道 Q =W+Q 损 热机的 如果没有漏气、没有摩擦，也没有机体热量的损失，这样的热机的效率是不是100？行
11、驶过程中，热机燃料在燃烧，（高温）空气，它的温度怎么样都比气缸内的温度低吧，（低温）自发自发传热传热 所以热机必然会有损耗，这样的热机的效率永远不是100？第十四页，共24页。如果没有漏气、没有摩擦，也没有机体热量高温热库低温热库提供高温热源的地方内燃机从汽缸获取热量，锅炉、汽缸热量流向低温的地方冷凝器、大气高温热库QW 热机工作时从高温热库吸收的热量Q，只有一部分用来做W，转变为机械能，另一部分部分热量要排放给低温热库(冷凝器或大气)。也就是说，热机在热量，热机用于做功的热量一定小于它从高温热库吸收的热量，Wo。第十五页，共24页。高温热库低温热库提供高温热源的地方内燃机从汽缸获取热量，锅炉
12、2、热力学地热定律卡尔文表述：、热力学地热定律卡尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不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。产生其他影响。在卡的讲法中指出，自然界中任何形式的能都会很容易地变成热，而反过来热却不能在不产生其他影响的条件下完全变成其他形式的能，从而说明了这种转变在自然条件下也是不可逆的。热机能连续不断地将热变为机械功，一定伴随有热量的损失。任何形任何形式的能式的能热热很容易很容易对第三者有影响第十六页，共24页。2、热力学地热定律卡尔文表述：不可能从单一热库吸收热开尔文表述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
13、全部用来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换成机械能。做功以转换成机械能。热力学第二定律的上述两种表述是等价的，可以从其中一种表述推导出另一种表述。其实，宏观过程的不可逆性都是互相关联的，由一种过程的不可逆性可以通过推理得知另一种过程的不可逆性。1、克劳修斯表述：按热传递的方向性来表述：热量不能自发从低温物体传到高温物体。2、卡尔文表述：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。（效率）第十七页，共24页。开尔文表述阐述了机械能与内能转化的方向性：热力要使热传递方向倒转过来，只有靠消耗功来实现。学过热力学第二定律之后，你能说出为什么不能制成第二类永动机吗?热
14、量自发地由高温向低温传递的过程是不可逆的。由能量守恒定律知道 Q=W+Q损3、在平地上滚动的足球克服摩擦力做功，其动能转化为内能，最终停了下来，同时足球、地面及周圆空气的温度略有上升。功可以自动转化为热，过程是不可逆的。解：他还要知道水的比热c，水的密度，煤气的燃烧值q,煤气的密度，c表示比热，单位是J/kg；因此，热力学第二定律气体向真空的自由膨胀是不可逆的。在劳的讲法中，指出了在自然条件下热量只能从高温物体向低温物体转移，而不能由低温物体自动向高温物体转移，也就是说在自然条件下，这个转变过程是不可逆的。电冰箱的内部温度比外部温度低，为什么致冷系统还能不断地把箱内热量传给外界的空气？继续降温
15、，直至达到设定的温度。热机：是一种把内能转化为机械能的装置。要使热传递方向倒转过来，只有靠消耗功来实现。二、热力学第二定律的另一种表述其实，宏观过程的不可逆性都是互相关联的，由一种过程的不可逆性可以通过推理得知另一种过程的不可逆性。热量自发地由高温向低温传递的过程是不可逆的。1、汽车行驶时，要消耗汽油。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换成机械能。在卡的讲法中指出，自然界中任何形式的能都会很容易地变成热，而反过来热却不能在不产生其他影响的条件下完全变成其他形式的能，从而说明了这种转变在自然条件下也是不可逆的。例如，盒子中间有一个挡板，左室为真空，右室有气体。能量守恒定律告诉我
16、们，在自然界发生的一切过程中能量都是守恒的，一个导致能量创生或能量消灭的过程是不可能出现的。例如，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，热力学第二定律气体向真空的自由膨胀是不可逆的。因此，对任何一类宏观自然过程进行方向的说因此，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。明，都可以作为热力学第二定律的表述。也可以表述为:热量自发地由高温向低温传递的过程是不可逆的。扩散现象过程是不可逆的。功可以自动转化为热，过程是不可逆的。功可以自动转化为热，过程是不可逆的。第十八页，共24页。要使热传递方向
17、倒转过来，只有靠消耗功来实现。例如，盒子中间有思考与讨论思考与讨论 有可能制成第二类有可能制成第二类永动机吗？永动机吗？地球上海水的总质量达地球上海水的总质量达1 1，4 4102kg102kg。如果制造一种机器，。如果制造一种机器，把这些海水的温度降低把这些海水的温度降低11，放出的热量就达，放出的热量就达9 910“kW-h10“kW-h，足，足够全世界使用够全世界使用40004000年。这个设想不违背能量守恒定律，但是不年。这个设想不违背能量守恒定律，但是不能实现，所以这类机器叫做第能实现，所以这类机器叫做第二类永动机。前面学到的，违背二类永动机。前面学到的，违背能量守恒定律的永动机，叫
18、做第一类永动机。能量守恒定律的永动机，叫做第一类永动机。学过热力学第二定律之后，你能说出为什么不能制成第二类学过热力学第二定律之后，你能说出为什么不能制成第二类永动机吗永动机吗?第十九页，共24页。思考与讨论 有可能制成第二类永动机吗？第十九页，共2 4 页四、永动机不可能制成四、永动机不可能制成 1、第二类永动机 概念：从单一热源吸收热量，全部用来做功而不引起其它变化。（马儿吃草全部消化吸收）结果：无一例外地归于失败。原因：违背了跟热现象相联系的宏观自然过程具有方向性的规律（热力学第二定律）。2、热力学第二定律的另一种表达：第二类永动机是不可能造成的。第二十页，共24页。四、永动机不可能制成
19、 1、第二类永动机2、热力学第二定问题与练习解答：问题与练习解答：1、汽车行驶时，要消耗汽油。尽量译尽地说明:汽油燃烧时释放的化学能通过哪些途径最终转化成了周国环境的内能解：解：气缸内气体气缸内气体的内能的内能输出机输出机械功械功W漏气热损散热热损摩擦热损化学能内能耗散在空气中2、以下哪些现象能够发生、哪些不能发生?能够发生的现象是否违背热力学第二定律?A、一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热。B、蒸汽机把蒸汽的内能全部特化成机械能。C、桶中混浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下说，上面的水变清，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C、D能发生能发生第二十一页，共
20、24页。问题与练习解答：1、汽车行驶时，要消耗汽油。尽量译尽地说明:3、小李想估测然气灶烧水时的效率。他在开水壶里装了体积为2.5L的水，测得烧水前的水温是15，水烧开后便停止加热。烧水前后燃气表的示数如图10.47所示。为了得出燃气灶烧水的效率，他还要知道什么数据?请用字母表示相关数据，指出所用的单位，列出计算效率的表达式。解：他还要知道水的比热c，水的密度，煤气的燃烧值q,煤气的密度，c表示比热，单位是J/kg；表示水的密度，单位是kg/m3；V表示水的体积，单位是m3；t表示温度的变化，单位是；q表示煤气的燃烧值，单位是J/kg；煤气的密度/,单位是kg/m3；烧水前后煤气的体积V1、V
21、2 烧水的效率21()cVtqVV第二十二页，共24页。3、小李想估测然气灶烧水时的效率。他在开水壶里装了体积为2.课堂小结一、热力学第二定律的一种表述 一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。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、克劳修斯表述：按热传递的方向性来表述：不可能使热量从低温物体传到高温物体。在劳的讲法中，指出了在自然条件下热量只能从高温物体向低温物体转移，而不能由低温物体自动向高温物体转移，也就是说在自然条件下，这个转变过程是不可逆的。要使热传递方向倒转过来，只有靠消耗功来实现。热机：是一种把内能转化为机械能的装置。二、热力学第二定律的另一种表述工
22、作原理和过程：第一阶段燃料燃烧，把化学能转化为内能；第二阶段工作质对外做功，把内能变成机械能。第二十三页，共24页。课堂小结一、热力学第二定律的一种表述 一切与热由能量守恒定律知道 Q=W+Q损热机的效率QW效率：高温热库是提供高温热源的地方；低温热库是热量流向低温的地方。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。（效率）2、卡尔文表述：开尔文表述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换成机械能。四、永动机不可能制成第二类永动机 概念：从单一热源吸收热量，全部用来做功而不引起其它变化。（马儿吃草全部消化吸收）结果：无一例外地归于失败。原因：违背了跟热现象相联系的宏观自然过程具有方向性的规律（热力学第二定律）。第二十四页，共24页。由能量守恒定律知道 Q =W+Q 损效率：高
