2020-2021学年4 热力学第二定律教课ppt课件

这是一份2020-2021学年4 热力学第二定律教课ppt课件，共25页。PPT课件主要包含了热传导的方向性，热现象的方向性等内容，欢迎下载使用。

1、了解热力学第二定律的发展简史，2、了解什么是第二类永动机，为什么第二类永动机不可以制成。3、了解热传导的方向性，4、了解热力学第二定律的两种表述方法，以及这两种表述的物理实质，
知识点 热力学第二定律
1.热力学第二定律常见的两种表述：①按热传递的方向性来表述：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。——克劳修斯表述，这是按热传递的方向性来表述的。②按机械能与内能转化过程的方向性来表述：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。——开尔文表述，这是按机械能与内能转化过程的方向来表述的。
热传导的过程可以向一个方向自发地进行(热量从高温物体自发地传给低温物体)；但向相反的方向不会自发地进行(热量不会自发地从低温物体传给高温物体)，只有借助外界的帮助才能进行。
①“自发地”过程就是在不受外来干扰的条件下进行的自然过程。②热量可以自发地从高温物体传向低温物体，却不能自发地从低温物体传向高温物体。③要将热量从低温物体传向高温物体，必须有“外界的影响或帮助”，就是要由外界对其做功才能完成。电冰箱、空调就是例子。
2.两种表述是等价的。 可以从一种表述导出另一种表述，两种表述都称为热力学第二定律。
自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。无论是有生命的或是无生命的，所有的宏观自发过程都具有单向性，都有一定的方向性，都是不可逆过程。如河水向下流，重物向下落，山岳被侵蚀，人的一生从婴儿到老年到死亡等。
3.热力学第二定律的意义揭示了有大量分子参与的宏观过程的方向性，使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，是独立于热力学第一定律的一个重要自然规律。
4.第二类永动机(1)定义：只从单一热源吸收热量，使之完全变为有用的功而不引起其他变化的热机。(2)第二类永动机不可能制成，因为尽管机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化成机械能而不引起其他变化。
热力学第二定律的适用范围
①适用于宏观过程，对微观过程不适用；②孤立系统有限范围，对整个宇宙不适用。
知识点 热力学过程方向的实例
①热传导具有方向性：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给低温物体，结果使高温物体的温度降低，低温物体的温度升高.②机械能和内能的转化过程具有方向性：物体在水平面上运动，因摩擦而逐渐停止下来，但绝不可能出现物体吸收原来传递出去的热量后，在地面上重新运动起来.
③气体向真空膨胀具有方向性：气体可自发地向真空容器膨胀，但绝不可能出现气体自发地从容器中流出，容器变为真空。④气体的扩散现象具有方向性：两种不同的气体可以自发地进入对方，最后成为均匀的混合气体，但这种均匀的混合气体，决不会自发地分开，成为两种不同的气体。
知识点 能源是有限的
(1)能量在数量上虽然守恒，但其转移和转化却具有方向性。(2)能源是指具有高品质的容易利用的储能物质，例如石油、天然气、煤等。(3)能源的使用过程中，虽然能的总量保持守恒，但能量的品质下降了。(4)能量总量不会减少，但能源会逐步减少，因此能源是有限的资源。
比较法学习热力学第一定律和热力学第二定律
(1)热力学第一定律揭示了做功和热传递对改变物体内能的规律关系ΔU＝W＋Q，指明内能不但可以转移，而且还能跟其他形式的能相互转化。热力学第一定律是能量守恒定律在热学中的一种表述形式，是从能的角度揭示不同物质运动形式相互转化的可能性。告诫人们：第一类永动机不可能制成，热力学第一定律只有一种表述形式。
(2)热力学第二定律揭示了有大量分子参与的宏观过程的方向性，如机械能可以全部转化为内能，内能却不可能全部转化为机械能而不引起其他变化，进一步揭示了各种物质及其运动形式的转化过程都具有方向性。告诫人们：第二类永动机不可能制成。热力学第二定律有多种表述形式。(3)热力学第一定律和热力学第二定律的联系两定律都是热力学基本定律，分别从不同角度揭示了与热现象有关的物理过程所遵循的规律，二者相互独立，又相互补充，都是热力学的理论基础。
热力学第二定律在实际生活生产中的应用
(1)电冰箱和空调机空调机和电冰箱都是制冷机，它们的工作原理基本相同。为了便于解析，我们以电冰箱为研究对象，认识它的基本结构和工作过程。从图中可以知道，电冰箱由压缩机、冷凝器、毛细管、蒸发器四个部分组成。这四个部分由管道连接，组成一个密闭的连通系统，制冷剂作为工作物质，由管道输送，经过这四个部分，完成工作循环。
(2)热机①定义：是一种把内能转化为机械能的装置。②原理：燃料燃烧产生热量 Q1(高温热库)，推动活塞对外做功 W，排出废气向外界(低温热库)放热 Q2。③效率：由能量守恒定律知道η＝W/Q1，Q1 ＝ W ＋Q2热机的效率小于100%，就不可能把从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。不可避免地要释放一部分热量Q2，所以总有Q1＞W。
1.关于热现象和热学规律，下列说法正确的是（　　）A．只要知道气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数，就可以算出每个气体分子的体积B．一定质量的理想气体温度升高，产生的压强一定增大C．温度一定时，悬浮在液体中的固体颗粒越大，布朗运动越明显D．第二类永动机不可能制成是因为它违反了热力学第二定律
解析：A．只要知道气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数，就可以算出气体的分子所占据的空间大小，不能算出气体分子体积，A错误；B．根据理想气体状态方程 可知温度升高，压强不一定增大，B错误；C．温度一定时，悬浮在液体中的固体颗粒越小，同一时刻撞击颗粒的液体分子数越少，冲力越不平衡，布朗运动越明显，C错误；D．第二类永动机不可能制成的原因是因为其违背了热力学第二定律，D正确。故选D。答案：D
2.下列现象可以用热力学第一定律解释的是（　　）A．两物体接触后，热量自发地从高温物体传递到低温物体B．蒸汽机不能把蒸汽的内能全部转化为机械能C．叶片搅拌绝热容器中的水，引起水温升高D．利用能源的过程中会发生“能量耗散”现象
解析：A．根据热力学第二定律，两物体接触后，热量自发地从高温物体传递到低温物体，A错误；B．根据热力学第二定律，蒸汽机不能把蒸汽的内能全部转化为机械能而不引起其它变化，B错误；C．根据热力学第一定律，叶片搅拌绝热容器中的水，引起水温升高，C正确；D．根据热力学第二定律，利用能源的过程中会发生“能量耗散”现象，D错误。答案：C
3. 根据热力学第二定律判断，下列说法正确的是（　　）A．功可以全部转化为热，但热不能全部转化为功B．热可以从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体C．气体向真空的自由膨胀是不可逆的D．随着技术的进步，热机的效率可以达到100%