1、热力学第二定律粤教版粤教版 选修选修3-3 第三章第三章 第四节第四节广州市第一中学广州市第一中学 物理科物理科 李文海李文海回顾：热力学第一定律能量守恒第一类永动机地球上海水总质量达地球上海水总质量达1.4X1021kg，如果，如果制造一种机器，把这些海水降低制造一种机器，把这些海水降低1oC，放出的热量放出的热量9X1018kWh，利用这台机器，利用这台机器来发电，就可以解决能源危机了。来发电，就可以解决能源危机了。假如现在有一壶60oC的热水请你猜想一下如何来做这样一个机器。这样做会违反能量守恒定律吗？这样做会违反能量守恒定律吗？有一缸50oC的理想气体（带无摩擦活塞）理想气体吸热膨胀推
2、动活塞对外做功前提前提条件条件 这是这是热力学第二定律热力学第二定律的的第第一种一种表述表述 它表明按热传递的它表明按热传递的自发自发方向性，高温方向性，高温低温低温 热量会自发的从高温物体传到低温物体，热量会自发的从高温物体传到低温物体，但不可能使热量但不可能使热量自发自发从低温物体传到高从低温物体传到高温物体温物体 即不可能使热量从低温物体传到高温物即不可能使热量从低温物体传到高温物体，体，而不引起其他变化而不引起其他变化 请你尝试运用分子动理论来解释请你尝试运用分子动理论来解释电冰箱为什么可以让物品的温度不断降低，且低于室温？低温低温高温高温 放热，需要消耗额外的能量，放热，需要消耗额外
3、的能量，驱动制冷压缩机做功。驱动制冷压缩机做功。不能自发进行不能自发进行地球上海水总质量达地球上海水总质量达1.4X1021kg，如果，如果制造一种机器，把这些海水降低制造一种机器，把这些海水降低1oC，放出的热量放出的热量9X1018kWh，利用这台机器，利用这台机器来发电，就可以解决能源危机了。来发电，就可以解决能源危机了。能否制作一个可以直接把内能转化为机能否制作一个可以直接把内能转化为机械能的装置？械能的装置？高温热库高温热库Q1对外做功对外做功热机W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。(内燃机是热机的其中一种）内燃机是热机的其中一种）原理：燃料
4、燃烧产生热量原理：燃料燃烧产生热量 Q1（高温热源）（高温热源）推动活塞对外做功推动活塞对外做功 W排出废气向外界（低温热源）放热排出废气向外界（低温热源）放热 Q2低温热库低温热库Q2 热力学第二定律热力学第二定律的的第二种第二种表述：表述：不可能从单一热库吸收热量并把它全部用不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化来做功，而不引起其他变化它说明了机械能与内能转化过程的它说明了机械能与内能转化过程的方向性方向性且效率取决于高低热库的温度且效率取决于高低热库的温度效率：效率：由能量守恒定律知道由能量守恒定律知道 Q1=W+Q2 热机的效率热机的效率1QW高温热库高温热库低温
5、热库低温热库Q1Q2对外做功对外做功热机W热机的效率小于热机的效率小于100%，就不可能把从，就不可能把从高温热源吸收的热量全部转化为机械能，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。总有一部分热量散发到冷凝器中。高温热库高温热库低温热库低温热库Q1制冷机制冷机吸热吸热Q2对外做功对外做功W驱动制冷机驱动制冷机热机制冷机放热放热W+Q2假如从单一热库吸收热量并把它全部用来做功，假如从单一热库吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化而不引起其他变化低温向高温低温向高温放热放热Q2不可能！热力学第二定律热力学第二定律 1热力学第二定律常见的两种表述：热力学第二定律常见的
6、两种表述：(1)按热传递的按热传递的方向性方向性来表述：来表述：不不可能使热可能使热量从量从低低温物体传温物体传到高到高温物体，而温物体，而不引起不引起其其他变化他变化(2)按机械能与内能转化过程的按机械能与内能转化过程的方向性方向性来表来表述：述：不不可能从单一热库吸收可能从单一热库吸收热量热量并把它并把它全全部部用来用来做功做功，而，而不引起不引起其他变化其他变化 意义：意义：提示了有大量分子参与的提示了有大量分子参与的宏观过程的方向性宏观过程的方向性，是独立于热力学第一定律的一个重要自然规是独立于热力学第一定律的一个重要自然规律律地球上海水总质量达地球上海水总质量达1.4X1021kg，
7、如果，如果制造一种机器，把这些海水降低制造一种机器，把这些海水降低1oC，放出的热量放出的热量9X1018kWh，利用这台机器，利用这台机器来发电，就可以解决能源危机了。来发电，就可以解决能源危机了。违反了热力学第二定律违反了热力学第二定律这样做会违反能量守恒定律吗？这样做会违反能量守恒定律吗？第二类永动机第二类永动机例题分析：例题分析：例例1 根据热力学第二定律，下列判断正确根据热力学第二定律，下列判断正确的是的是 （）A.电流的能不可能全部变为内能电流的能不可能全部变为内能 B在火力发电机中，燃气的内能不可能全在火力发电机中，燃气的内能不可能全 部变为电能部变为电能 C热机中，燃气内能不可
8、能全部变为机械热机中，燃气内能不可能全部变为机械 能能 D在热传导中，热量不可能自发地从低温在热传导中，热量不可能自发地从低温 物体传递给高温度物体物体传递给高温度物体CD例例2 第二类永动机不可以制成，是因为（第二类永动机不可以制成，是因为（）A.违背了能量的守恒定律违背了能量的守恒定律 B热量总是从高温物体传递到低温物体热量总是从高温物体传递到低温物体 C机械能不能全部转变为内能机械能不能全部转变为内能 D内能不能全部转化为机械能，同时不引内能不能全部转化为机械能，同时不引 起其他变化起其他变化D例例3 下列下列哪些物理过程具有方向性哪些物理过程具有方向性 A.热传导过程热传导过程 B机械能和内能的转化过程机械能和内能的转化过程 C气体的扩散过程气体的扩散过程 D气体向真空中膨胀的过程气体向真空中膨胀的过程。ABCD小结小结 热力学第二定律的建立 对热力学第二定律的理解
