1、复习 1 1、热力学第一定律、热力学第一定律 2 2、能量守恒定律、能量守恒定律 思考：思考：根据能量守恒定律，在自根据能量守恒定律，在自 然界发生的一切过程中能量都是守然界发生的一切过程中能量都是守 恒的。那么符合能量守恒的宏观过恒的。那么符合能量守恒的宏观过 程是否都能发生呢？程是否都能发生呢？ 将 一 块 烧 红 的 铁 块 将 一 块 烧 红 的 铁 块 投 入 冷 水 中 ， 会 发 生 投 入 冷 水 中 ， 会 发 生 什 么 现 象 什 么 现 象 ？ 铁 块 的 温 度 降 低 ， 水 的 温 度 升 高 ， 最 终 两 者 温 度 相 同 将烧红的铁块投入水中，结将烧红的铁
2、块投入水中，结 果会不会果会不会铁块温度更高，铁块温度更高，水的水的 温度更低？温度更低？ 电冰箱通电电冰箱通电 后箱内温度低后箱内温度低 于外部，为什于外部，为什 么还会继续降么还会继续降 温，直至达到温，直至达到 设定的温度？设定的温度？ 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 逐渐升高 贮藏的贮藏的 食品食品 大气大气 电冰箱制 冷系统 热传导的过程是有方向性的，这 个过程可以向一个方向自发地进行， 但是向相反的方向却不能自发地进 行。 要实现相反方向的过程，必须借助 外
3、界的帮助，因而产生其它影响或 引起其它变化。 点击下图观看视频点击下图观看视频 思考思考 会不会有这样的现象：会不会有这样的现象：均匀混合的空气与均匀混合的空气与 溴气过一段时间会自发地变的界线分明溴气过一段时间会自发地变的界线分明 ？ 气气 体体 扩扩 散散 具具 有有 方方 向向 性性 气气 体体 扩扩 散散 具具 有有 方方 向向 性性 动画：气体扩散的方向性动画：气体扩散的方向性 一个在水平地面上运动的物一个在水平地面上运动的物 体，由于克服摩擦力做功，最体，由于克服摩擦力做功，最 后要停下来。在这个过程中，后要停下来。在这个过程中， 物体的动能转化成为内能，物体的动能转化成为内能，使
4、使 物体和地面的温度升高。物体和地面的温度升高。 我们能不能看到这样的现象：一 个放在水平地面上的物体，靠降低 温度，可以把内能自发地转化为动 能，使这个物体运动起来 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 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，而不引起其它变化 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 气缸中的气体得到气缸中的气体得到 燃料燃烧时产生的燃料燃烧时产生的 热量热量Q1 推动活塞做功推动活塞做功W 排出废气，同时把排出废气，同时把 热量热量Q2散发到大气散发到大气
5、中。中。 Q1=W+Q2 热机效率热机效率=W/Q1 热源热源 冷凝器冷凝器 热机热机 机械能和内能转化具 有方向性。 点击下图观看视频点击下图观看视频 思考：思考：有没有这样的有没有这样的逆过程逆过程：从瓶中冲出：从瓶中冲出 去的气体又自动回到瓶中，瓶中气体的压强达到了去的气体又自动回到瓶中，瓶中气体的压强达到了 将瓶塞冲开时的压强。将瓶塞冲开时的压强。 气气 体体 膨膨 胀胀 具具 有有 方方 向向 性性 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的方向性的定律就是热力学第二定律 （second
6、 law of thermodynamics).second law of thermodynamics). 共同特征：共同特征： 热量不能自发地从低温热量不能自发地从低温 物体传到高温物体。物体传到高温物体。 （克劳修斯表述）（克劳修斯表述） 说明： （1）克劳修斯表述中强调了在不引起其它的变化的条件 下，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体。 （2）如果允许其它变化，例如利用致冷机做功，热量 可以从低温物体传到高温物体上，而致冷机做功就属于其它 变化。 （3）如果设想克劳修斯表述不成立，即在无任何外界做功 的情况下，热量就能从低温热源传向高温热源。按此设想就可 制成一种无功致冷机，如图所
7、示，它无需消耗功就能致冷。克 劳修斯表述否定了这种可能性。 不可能从单一热库吸收，使不可能从单一热库吸收，使 之完全变成功，而不产生其之完全变成功，而不产生其 他影响。他影响。（开尔文表述）（开尔文表述） 热源热源 热机热机 冷凝器冷凝器 说明： （1）开尔文表述否定了第二类永动机的可能性。历史上曾 有人企图制造一种循环动作的热机，只从单一热源吸收热量， 使之全部变为功，而不向低温热源放出热量，或者说不引起其 它变化。这种热机称为第二类永动机或单热源热机，其效率 =100%。虽然它不违背热力学第一定律，但它违背了热力学 第二定律的开尔文表述。 （2）开尔文表述中强调了在不产生其他影响的条件下，
8、 热不能全部变为功。如果允许其他影响发生， 热可以全部变为功。例如气缸中理想气体作等温膨胀时，气体 从恒温热源吸收的热量就可以全部用来对外做功。但气体体 积和压强发生了变化，它不能循环动作返回原状态。 1，按热传递的方向性来表述，按热传递的方向性来表述 2，是按机械能与内能转化过，是按机械能与内能转化过 程的方向来表述。程的方向来表述。 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。 开尔文表述实质说明功变热过程的不可逆性，克 劳修斯表述则说明热传导过程的不可逆性，两种表 述是等价的。可用反证法证明。 违背开尔文表述一定违背克劳修斯表述违背开尔文表述一定违背克劳修斯表述
9、 Q Q1 1热机从热机从T T1 1吸热吸热 A A 热机输出功热机输出功 Q Q2 2热机从热机从T T2 2吸热吸热 Q Q1 1+ +Q Q2 2致冷机向致冷机向T T1 1放热放热 如果开尔文表述不成立，可制成一个单热源热机，将它同如果开尔文表述不成立，可制成一个单热源热机，将它同 另一个制冷机组成复合机，如图所示，其另一个制冷机组成复合机，如图所示，其总效果总效果相当于一个无相当于一个无 功致冷机，于是克劳修斯表述也就不成立。功致冷机，于是克劳修斯表述也就不成立。 违背克劳修斯表述一定违背开尔文表述违背克劳修斯表述一定违背开尔文表述 T2低温热源低温热源 Q2热量通过假想装置自热量通过假想装置自 动地从动地从T2传向传向T1 Q1卡诺热机从卡诺热机从T1吸热吸热 A 卡诺热机对外作功卡诺热机对外作功 开尔文表述实质说明功变热过程的不可逆性，克 劳修斯表述则说明热传导过程的不可逆性，两种表述 是等价的。可用反证法证明。 如果克劳修斯表述不成立，则可制成一个无功致冷机，将它如果克劳修斯表述不成立，则可制成一个无功致冷机，将它 同另一个热机组成复合机，如图所示，就可使复合机成为一单热同另一个热机组成复合机，如图所示，就可使复合机成为一单热 源热机，即开尔文表述也不成立。源热机，即开尔文表述也不成立。
