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1、四节热力学二定律 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望一一.思考思考 v在地球上海水贮存量十分丰富在地球上海水贮存量十分丰富,若已知海水总质量约达若已知海水总质量约达1.41018吨，当它的温度降低吨，当它的温度降低0.1 时时，放出多少热量，放出多少热量？v又假设某个核电站为又假设某个核电站为100万万kw，则这些热量相当于多少个这，则这些热量相当于多少个这样的电站一年的发电量样的电站一年的发电量Q=Cm t=4.2 103 1.41018 0.1=5
2、.8 1023J 核电站一年的发电量核电站一年的发电量分析：海水释放的热量分析：海水释放的热量Q=Pt=106 103365 24 3600=3.15 1016J等量的核电站个数等量的核电站个数n=Q/Q=(5.81023J)/(3.15 1016J)=1.8 107=1800万万二.导入既然海水能释放出这么多的能量，为什么人既然海水能释放出这么多的能量，为什么人们现在不去研究利用呢？是技术的因素还是们现在不去研究利用呢？是技术的因素还是其他？这节课我们来回答这个问题。因为涉其他？这节课我们来回答这个问题。因为涉及了物理学的一个基本定律及了物理学的一个基本定律热力学第二定律热力学第二定律v1实
3、例实例-热传导热传导：热量会自发地从高温物体传给低温物：热量会自发地从高温物体传给低温物体，从而使低温物体升温，高温物体温度降低体，从而使低温物体升温，高温物体温度降低。问题问题：电冰箱工作时为什么能将冰箱内：电冰箱工作时为什么能将冰箱内(温度较低温度较低)的热量，传给的热量，传给外界空气外界空气(温度较高温度较高)？没有任何外界的没有任何外界的影响或帮助影响或帮助第一种表述第一种表述：不可能使热量从低温物体传到高温物体，而不：不可能使热量从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化引起其他变化 是因为电冰箱消耗了电能，是因为电冰箱消耗了电能，对制冷系统做了功对制冷系统做了功热传导具有方向性热传导
4、具有方向性2.实例实例2-机械能与内能的转化机械能与内能的转化背景问题背景问题：一物体以一定的速度在粗糙的水平面上行驶，：一物体以一定的速度在粗糙的水平面上行驶，最终停下来，则在此过程中：最终停下来，则在此过程中：a.能量是否守恒？能量是否守恒？b.减少的减少的机械能转化为什么能？机械能转化为什么能？c.转化过程是全部转化吗？转化过程是全部转化吗？机械能全部转化为内能，机械能全部转化为内能，使物体和地面温度升高，使物体和地面温度升高，能量守恒能量守恒 新的设想新的设想：发明一种热机，用他把物体与地面摩擦产生的热量：发明一种热机，用他把物体与地面摩擦产生的热量都吸收过来。并对物体做功，将内能全部
5、转化为动能。使因摩都吸收过来。并对物体做功，将内能全部转化为动能。使因摩擦而停止的物体在地面上重新动起来，而不引起其他变化擦而停止的物体在地面上重新动起来，而不引起其他变化 一种把内能转化为机械能一种把内能转化为机械能的装置，如内燃机、汽油的装置，如内燃机、汽油机等机等内燃机原理内燃机原理：假设气缸中的气体得到燃料燃烧时产生的热：假设气缸中的气体得到燃料燃烧时产生的热量量Q1，推动活塞做功，推动活塞做功W，然后排出废气，同时把热量，然后排出废气，同时把热量Q2散散发到大气中，有能量守恒有发到大气中，有能量守恒有Q1=W+Q2。效率：效率：=W/Q11第二种表述第二种表述：不可能从单一热源吸收热
6、量并把它全部用来做：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化功，而不引起其他变化 意义意义：表示机械能和内能的转化过程具有：表示机械能和内能的转化过程具有方向性方向性尽管机尽管机械能可以全部转化为内能，内能却不能全部转化成机械能，械能可以全部转化为内能，内能却不能全部转化成机械能，同时不引起其他变化同时不引起其他变化 3.第二类永动机第二类永动机概念概念：人们把想象中能够从单一热源吸收热量，全部用来做功而不引起其他变化的热机=100%结论结论：第二类永动机不可能制成 v4.对热力学第二定律的自我理解：所有的热运动都对热力学第二定律的自我理解：所有的热运动都具有具有方向性方向
7、性，只能只能自发自发的从某一状态变成另一状的从某一状态变成另一状态，而不能逆向而行态，而不能逆向而行方向性方向性自发自发例例.气体的扩散现象气体的扩散现象例例.能量耗散：无法把流散的内能重新收集起来加以利用的现象能量耗散：无法把流散的内能重新收集起来加以利用的现象5、例题分析：、例题分析：例例1根据热力学第二定律，下列判断正确的是根据热力学第二定律，下列判断正确的是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部变为电能在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变为电能C热机中，燃气内能不可能全部变为机械能热机中，燃气内能不可能全部变为机械能D在热传导中
8、，热量不可能自发地从低温物体传递给高温度在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温度物体物体 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，同时不引起其他内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化变化例例3试对热力学第一定律和热力学第二定律做试对热力学第一定律和热力学第二定律做一简单的评析一简单的评析解析解析热力学第一定律和热力学第二定律是构成热力热力学第一定律和热力学第二
9、定律是构成热力学知识的理论基础学知识的理论基础:前者对自然过程没有任何限制，只指出在任何热前者对自然过程没有任何限制，只指出在任何热力学过程中能量不会有任何增加或损失，反映的力学过程中能量不会有任何增加或损失，反映的是物体内能的变化与热量、做功的定量关系；是物体内能的变化与热量、做功的定量关系；后者则是解决哪些过程可以自发地发生，哪些过后者则是解决哪些过程可以自发地发生，哪些过程必须借助于外界条件才能进行。程必须借助于外界条件才能进行。6.热力学第三定律热力学第三定律：v热力学温度：单位热力学温度：单位-开尔文（开尔文（k）温标换算：温标换算：1=（1+1+273273）K K特点特点1.t=
10、T特点特点2.绝对零度达不到绝对零度达不到7、巩固练习巩固练习v1.下列哪些物理过程具有方向性A.热传导过程B机械能和内能的转化过程C气体的扩散过程D气体向真空中膨胀的过程。3.能量耗散是从能量耗散是从_角度反映出自然界中角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性的宏观过程具有方向性2.热机是一种热机是一种_的装置，的装置，热机做的功和它从热源吸收热量的比值叫做热热机做的功和它从热源吸收热量的比值叫做热机的机的_把内能转化为机械能把内能转化为机械能效率效率热现象热现象4.热力学第二定律使人们认识到，自然界中进热力学第二定律使人们认识到，自然界中进行的涉及行的涉及_现象的宏观过程都具有现象的宏观过程
11、都具有_性，例如机械能可以性，例如机械能可以_转化转化为内能，但内能为内能，但内能_全部转化为机械能，全部转化为机械能，而不引起其他变化而不引起其他变化热热方向方向全部全部不能不能 第二类永动机不可能制成的原因是因为机械能和内第二类永动机不可能制成的原因是因为机械能和内 能转化过程具有方向性，尽管机械能可以全部转化能转化过程具有方向性，尽管机械能可以全部转化 为内能，但内能却不能全部转化为机械能，而不引为内能，但内能却不能全部转化为机械能，而不引 起其他变化起其他变化。5.什么是第二类永动机什么是第二类永动机?为什么第二类永动机不可为什么第二类永动机不可能造成能造成?答：能够从单一热源吸收热量
12、并把它全部用来做答：能够从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化的热机称为第二类永动机。功，而不引起其他变化的热机称为第二类永动机。6.试述热力学第一定律和热力学第二定律的区别与联试述热力学第一定律和热力学第二定律的区别与联系系解答：热力学第一定律指出了在任何热力学过程中，解答：热力学第一定律指出了在任何热力学过程中，能量不会有任何增减或损失，对自然过程也没有限能量不会有任何增减或损失，对自然过程也没有限制制热力学第二定律是解决了哪些过程可以发生热力学第二定律是解决了哪些过程可以发生v两个定律从不同角度揭示了热力学过程中遵从的两个定律从不同角度揭示了热力学过程中遵从的规律，既相互独立，又相互补充，共同构成了热力规律，既相互独立，又相互补充，共同构成了热力学知识的理论基础学知识的理论基础