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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，在自然根据能量守恒定律，在自然界发生的一切过程中能量都是守恒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程的。那么符合能量守恒的宏观过程是否都能发生呢？是否都能发生呢？12/29/20221SMH制作吉林省乾安县第四中学吉林省乾安县第四中学 131400 131400 金迎时金迎时E-mail:E-mail:人教版选修人教版选修3-3 3-3 新课标地区新课标地区会员社区用户名：会员社区用户名：12/29/20222SMH制作 将将一一块块烧烧红红的的铁铁块块投投入入冷冷水水
2、中中，会会发发生生什什么么现现象象？铁块的温度降低，水的温度升高，最终两者温度相同12/29/20223SMH制作 将烧红的铁块投入水中，结将烧红的铁块投入水中，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？12/29/20224SMH制作 电冰箱的内电冰箱的内部温度比外部部温度比外部温度低，为什温度低，为什么致冷系统还么致冷系统还能不断地把箱能不断地把箱内热量传给外内热量传给外界的空气？界的空气？12/29/20225SMH制作 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
3、温度逐渐升高 12/29/20226SMH制作贮藏的贮藏的食品食品大气大气电冰箱制冷系统12/29/20227SMH制作 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，必须借助外界的帮助，因而产生其它影响或引起其它变化。12/29/20228SMH制作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12/29/20229SMH制作气气体体扩扩散散具具有有
4、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12/29/202210SMH制作 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，最后体，由于克服摩擦力做功，最后要停下来。在这个过程中，要停下来。在这个过程中，物体物体的动能转化成为内能，的动能转化成为内能，使物体和使物体和地面的温度升高。地面的温度升高。12/29/202211SMH制作 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12/29/202212SMH制作 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
5、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 12/29/202213SMH制作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中。中。Q1=W+Q2热机效率热机效率=W/Q112/29/202214SMH制作热源热源冷凝器冷凝器热机热机12/29/202215SMH制作 机械能和内能转化具有方向性。12/29/202216SMH制作点击下图观看视频点击下图观看
6、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12/29/202217SMH制作 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 law of thermodynamics).second law of thermodynamics).共同特征：共同特征：12/29/
7、202218SMH制作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）12/29/202219SMH制作说明：（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。12/29/202220SMH
8、制作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）12/29/202221SMH制作热源热源热机热机冷凝器冷凝器12/29/202222SMH制作说明：（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，热不能全
9、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。12/29/202223SMH制作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。12/29/202224SMH制作 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。12/29/202225SMH制作 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
10、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 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。12/29/202226SMH制作违背克劳修斯表述一定
11、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T1Q1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。12/29/202227SMH制作12/29/202228SMH制作