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1、1 1、了解热传递过程的方向性。了解热传递过程的方向性。2 2、知道热力学第二定律的两种不同的表知道热力学第二定律的两种不同的表述，以及这两种表述的物理实质。述，以及这两种表述的物理实质。3 3、知道什么是第二类永动机，为什么第知道什么是第二类永动机，为什么第二类永动机不可能制成。二类永动机不可能制成。问题提出：问题提出：我们在初中学过，当物体温度升高时，就我们在初中学过，当物体温度升高时，就要吸收热量；当物体温度降低时，就要放要吸收热量；当物体温度降低时，就要放出热量。而且热量公式出热量。而且热量公式Q=cmtQ=cmt，这里有，这里有一个有趣的问题：地球上有大量的海水一个有趣的问题：地球上
2、有大量的海水,它它的总质量约为的总质量约为1.41.4101018 18 t,t,如果这些海水如果这些海水的温度降低的温度降低0.10.1o oC,C,将要放出多少焦耳的热将要放出多少焦耳的热量量?已知海水的比热容为已知海水的比热容为C=4.2C=4.210103 3J/(kgJ/(kg)放出放出5.85.810102323J的的热量，这相当于热量，这相当于18001800万个核电站一年的发电量万个核电站一年的发电量1 1、热量热量从温度高的物体从温度高的物体自发地自发地传给温度低传给温度低的物体；的物体；“自发地自发地”，指的是没有任何外界的影响，指的是没有任何外界的影响或帮助。或帮助。某种
3、变化有自动发生的某种变化有自动发生的趋势，一旦发生就无需趋势，一旦发生就无需借助外力，可以自动进借助外力，可以自动进行，这种变化称为自发行，这种变化称为自发变化。变化。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自发变化的共同特征自发变化的共同特征不可逆性不可逆性，任何，任何自发变化的自发变化的逆逆过程是过程是不能自动进行不能自动进行的。的。电冰箱内部的温度比外部低，为什么致电冰箱内部的温度比外部低，为什么致冷系统还能够不断地把冰箱内的热量传冷系统还能够不断地把冰箱内的热量传给外界的空气？给外界的空气？贮藏的食品贮藏的食品大气大气电冰箱电冰箱制冷系统制冷系统这是因为电冰箱消耗这是因
4、为电冰箱消耗了电能，对致冷系统了电能，对致冷系统做了功。一旦切断电做了功。一旦切断电源，电冰箱就不能源，电冰箱就不能把其内部的热量把其内部的热量传给外界的空气传给外界的空气了。相反，外界了。相反，外界的热量会自发地的热量会自发地传给电冰箱，使传给电冰箱，使其温度逐渐升高。其温度逐渐升高。有没有可能发生这样有没有可能发生这样地现象，热量自发地地现象，热量自发地从低温物体传给高温从低温物体传给高温物体，使低温物体的物体，使低温物体的温度越来越低，高温温度越来越低，高温物体的温度越来越高。物体的温度越来越高。结论：结论：热量却不能自发地从低温物体传热量却不能自发地从低温物体传向高温物体向高温物体 要
5、将热量从低温物体传向高温物体，必要将热量从低温物体传向高温物体，必须有外界的影响和帮助，就是要有外界对须有外界的影响和帮助，就是要有外界对其做功才能完成其做功才能完成热传导的方向性：热传导的方向性：两个温度不同的物体两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体；要实现相反过程，必须借助给低温物体；要实现相反过程，必须借助外界的帮助，因而产生其他影响或引起其外界的帮助，因而产生其他影响或引起其他变化。他变化。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1 1、内容：内容：热量不能自发地从低温物体传热量不能自发地从低温物体传到高温
6、物体。这是热力学第二定律的克劳到高温物体。这是热力学第二定律的克劳修斯表述。修斯表述。（按照（按照热传递的方向性热传递的方向性来表述的）来表述的）2 2、热力学第二定律的克劳修斯表述热力学第二定律的克劳修斯表述实质实质上就是：热传递过程是上就是：热传递过程是不可逆不可逆的。的。一个在水平地面上的物体，由一个在水平地面上的物体，由于克服摩擦力做功，最后要停于克服摩擦力做功，最后要停下来。在这个过程中，下来。在这个过程中，物体的物体的动能转化成为内能，动能转化成为内能，使物体和使物体和地面的温度升高。地面的温度升高。降温降温我们能不能看到这样的现象：一个我们能不能看到这样的现象：一个放在水平地面上
7、的物体，靠降低温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，度，可以把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来使这个物体运动起来二、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思考下列问题：思考下列问题：1 1、前面我们学习了第一类永动机，不能前面我们学习了第一类永动机，不能制成的原因是什么？制成的原因是什么？违背了能量守恒违背了能量守恒 2 2、热机是一种把什么能转化成什么能的热机是一种把什么能转化成什么能的装置？装置？热机是一种把热机是一种把内能内能转化成转化成机械能机械能的装置的装置)3 3、热机的效率能否达到热机的效率能否达到100%100%？不能不能以内
8、燃机为例，气缸中的气体得到燃烧时以内燃机为例，气缸中的气体得到燃烧时产生的热量为产生的热量为Q Q1 1，推动活塞做工，推动活塞做工W W，然后排，然后排出废气，同时把热量出废气，同时把热量Q Q2 2散发到大气中，由能量散发到大气中，由能量守恒定律可知：守恒定律可知：Q Q1 1=W+Q=W+Q2 2我们把热机做的功我们把热机做的功W W和它和它从热源吸收的热量从热源吸收的热量Q Q1 1的的比值叫做比值叫做热机的效率热机的效率，用用表示。表示。热机不能把得到的全部内能转化为机械能，热机不能把得到的全部内能转化为机械能，热机必须有热源和冷凝器，热机工作时，热机必须有热源和冷凝器，热机工作时，
9、总要向冷凝器散热，不可避免的要由工作总要向冷凝器散热，不可避免的要由工作物质带走一部分热量物质带走一部分热量Q Q2 2，所以有：，所以有：Q Q1 1WW热机的效率不可能达到热机的效率不可能达到100%100%，汽车上的汽，汽车上的汽油机械效率只有油机械效率只有20%20%30%30%，蒸汽轮机的效，蒸汽轮机的效率比较高，也只能达到率比较高，也只能达到60%60%。热转换为功的过程也是不可逆的，具有方热转换为功的过程也是不可逆的，具有方向性。向性。机械能和内能的转化过程具有机械能和内能的转化过程具有方向性方向性机械能可以全部转化成内能，但内能却不能机械能可以全部转化成内能，但内能却不能全部转
10、化成机械能，同时不引起其他变化。全部转化成机械能，同时不引起其他变化。1 1、内容：内容：不可能从单一热源吸收热量，不可能从单一热源吸收热量，使之完全变成功使之完全变成功,而不产生其他影响。而不产生其他影响。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(开尔文表述开尔文表述)：（机械能与内能转化具有方向性）（机械能与内能转化具有方向性）2 2、第二类永动机：第二类永动机：人们把想象中能人们把想象中能够从单一热源吸收热量，全部用来做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叫做第二功而不引起其他变化的热机叫做第二类永动机。类永动机。第二类永动机第二类永动机不可能制成
11、不可能制成热力学第二定律的两种表述热力学第二定律的两种表述克劳修斯表述：克劳修斯表述：不可能将热量从低温物体传到高温物体不可能将热量从低温物体传到高温物体而不引起其它变化（即热量不会自动地而不引起其它变化（即热量不会自动地从低温物体传到高温物体）。从低温物体传到高温物体）。开尔文表述：开尔文表述：不可能从单一热源吸取热量并使它完全不可能从单一热源吸取热量并使它完全变为有用的功而不引起其它变化。变为有用的功而不引起其它变化。(第二类永动机是不可能制成的第二类永动机是不可能制成的)两种表述是等价的两种表述是等价的可以从一种表述导出另一种表述，两种表可以从一种表述导出另一种表述，两种表述都称为热力学
12、第二定律。述都称为热力学第二定律。热力学第二定律的意义热力学第二定律的意义 1 1）提示了有大量分子参与的宏观过程的）提示了有大量分子参与的宏观过程的方向性，是独立于热力学第一定律的一个方向性，是独立于热力学第一定律的一个重要自然规律。（自然界中进行的重要自然规律。（自然界中进行的涉及热涉及热现象现象的宏观过程都具有方向性）的宏观过程都具有方向性）2 2）对生活实践的指导作用）对生活实践的指导作用热学过程的方向性（实例）热学过程的方向性（实例）1 1、热传导的方向性、热传导的方向性2 2、扩散现象有方向性、扩散现象有方向性A AB BA AB B“气体向真空中绝热自由膨胀的过程是气体向真空中绝
13、热自由膨胀的过程是不不可逆可逆的的”热学过程的方向性（实例）热学过程的方向性（实例）1 1、热传导的方向性、热传导的方向性2 2、扩散现象有方向性、扩散现象有方向性3 3、能量转化有方向性、能量转化有方向性功功 热热：可自动进行可自动进行(如摩擦生热、焦耳实验如摩擦生热、焦耳实验)热热 功：功：不可自动进行不可自动进行(焦耳实验中，不可能水温自动降低推动叶焦耳实验中，不可能水温自动降低推动叶片而使重物升高片而使重物升高)水水叶片叶片焦耳实验焦耳实验 热力学第二定律的热力学第二定律的实质实质在于揭示了：在于揭示了：一切与一切与热现象热现象有关的实际有关的实际宏观宏观过程都是过程都是不不可逆可逆的
14、。的。违背违背热力学第一定律的过程都不可能发生。热力学第一定律的过程都不可能发生。不违背不违背热力学第一定律的过程不一定都可热力学第一定律的过程不一定都可以发生。以发生。自然过程是按一定方向进行的。自然过程是按一定方向进行的。第一类永动机和第二类永动机第一类永动机和第二类永动机比较比较：它们它们都不可能制成，第一类永动机的都不可能制成，第一类永动机的设设想想违反了能量守恒定律；第二类违反了能量守恒定律；第二类永动机永动机的的设想虽不违反能量守恒定律，但设想虽不违反能量守恒定律，但违背违背了了跟热现象相联系的宏观过程具有跟热现象相联系的宏观过程具有方向方向性性的自然规律。的自然规律。热力学第一定
15、律和热力学第二定律热力学第一定律和热力学第二定律热力学第一定律和热力学第二定律是构成热力学第一定律和热力学第二定律是构成热力学知识的理论基础，热力学知识的理论基础，前者前者对自然过程对自然过程没有任何限制，只指出在任何热力学过程没有任何限制，只指出在任何热力学过程中能量不会有任何增加或损失，反映的是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；物体内能的变化与热量、做功的定量关系；后者后者则是解决哪些过程可以自发地发生，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。哪些过程必须借助于外界条件才能进行。例例11根据热力学第二定律，下列判断正确根据
16、热力学第二定律，下列判断正确的是（的是（）A 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 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 C、热机中，燃气内能不可能全部变为机械、热机中，燃气内能不可能全部变为机械能。能。D 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。例例2 2、文艺复兴时期意大利的达文艺复兴时期意大利的达芬奇造了芬奇造了一个永动机装置如图所示。他设计时认为，一个永动机装置如图所示。他设计时认为，右边的重球比左边的重球离轮心更远些，右边
17、的重球比左边的重球离轮心更远些，在两边不均衡的作用下会使轮子沿箭头方向转在两边不均衡的作用下会使轮子沿箭头方向转动不息动不息 ()()A A、这是第一类永动机、这是第一类永动机B B、这是第二类永动机、这是第二类永动机C C、它不可能成功，因为违、它不可能成功，因为违反能的转化及守恒定律反能的转化及守恒定律D D、它不可能成功，因为违反热力学第二定律、它不可能成功，因为违反热力学第二定律例例3 3、下列说法正确的是下列说法正确的是()()A A、在自然条件下，热传递的过程是不在自然条件下，热传递的过程是不可逆的可逆的 B B、热量不可能由高温物体传递给低温、热量不可能由高温物体传递给低温物体物
18、体C C、气体的扩散过程具有方向性、气体的扩散过程具有方向性 D D、一切形式能量转化都不具有方向性、一切形式能量转化都不具有方向性例例4 4、下列说法中可行的是下列说法中可行的是 ()()将地球上所有海水的温度降低将地球上所有海水的温度降低0.10.1，以放出大量内能供人类使用以放出大量内能供人类使用 制造一种机器，把物体与地面摩擦所制造一种机器，把物体与地面摩擦所产生的热量全部收集起来再全部加以使用产生的热量全部收集起来再全部加以使用 建造一只可以从海洋中提取热量的船，建造一只可以从海洋中提取热量的船，把热量转化为机械能，驱动螺旋桨旋转把热量转化为机械能，驱动螺旋桨旋转 制造一种效率为制造
19、一种效率为100100的热机的热机A A、可行可行 B B、可行可行 C C、可行可行 D D、都不可行都不可行例例5 5、根据热力学第二定律，可知下列说根据热力学第二定律，可知下列说法中正确的是（法中正确的是（）A A、不可能从单一热源吸收热量并把它全、不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其它变化。部用来做功，而不引起其它变化。B B、没有冷凝器，只有单一的热源，能将、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，而从单一热源吸收的热量全部用来做功，而不引起其它的变化的热机是可实现的。不引起其它的变化的热机是可实现的。C C、致冷系统能将冰箱里的热量传给外
20、界、致冷系统能将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气中而不引起其它变化。较高温度的空气中而不引起其它变化。D D、不可能使热量由低温物体传递到高温、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。物体，而不引起其他变化。例例6 6、关于第二类永动机，下列说法中正关于第二类永动机，下列说法中正确的是确的是 ()()A A、它既不违反热力学第一定律，也不违、它既不违反热力学第一定律，也不违反热力学第二定律。反热力学第二定律。B B、它既违反了热力学第一定律，也违反、它既违反了热力学第一定律，也违反了热力学第二定律。了热力学第二定律。C C、它不违反热力学第一定律，只违反热、它不违反热力学第一
21、定律，只违反热力学第二定律。力学第二定律。D D、它只违反热力学第一定律，不违反热、它只违反热力学第一定律，不违反热力学第二定律。力学第二定律。例例7 7、根据热力学定律和分子动理论，可根据热力学定律和分子动理论，可知下列说法中正确的是（知下列说法中正确的是（）A A、我们可以利用高科技手段，将流散到、我们可以利用高科技手段，将流散到周围环境中的内能重新收集起来加以利用周围环境中的内能重新收集起来加以利用而不引起其它变化而不引起其它变化B B、利用浅层海水和深层海水之间的温度、利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，将海水的一部分内能转差制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能，这在原理上是可行的化为机械能，这在原理上是可行的C C、分子间的作用力总是随分子间的距、分子间的作用力总是随分子间的距离增大而减小离增大而减小D D、温度升高时，物体中每个分子的运温度升高时，物体中每个分子的运动速率都将增大动速率都将增大思考：思考：1 1、牛顿第二定律的内容是什么？、牛顿第二定律的内容是什么？2 2、动能定理的表达式是什么？、动能定理的表达式是什么？3 3、平抛运动的相关知识点。、平抛运动的相关知识点。