人教版（2019）高中物理选修三第三章第4节 热力学第二定律 教学课件PPT

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册热力学第二定律教学课件ppt，共29页。PPT课件主要包含了热力学第二定律，PART01，能源是有限的，PART02等内容，欢迎下载使用。
想一想：大家是否发现一些事件的发展过程具有方向性、不可逆性?
在自然界发生的一切过程中能量都是守恒的，一个导致能量创生或能量消失的过程是不可能出现的。
符合能量守恒定律的宏观过程都能自发地进行吗？
物体间的热传递有特定的方向性：
只能自发地从高温物体传递到低温物体，或从物体的高温部分传递到物体的低温部分。
气体的膨胀有特定的方向性：
只能自发地向低压空间膨胀。
只能自发地由密度大的区域向密度小的区域扩散。
反映宏观自然过程的方向性的定律就是热力学第二定律。
1850年，德国物理学家克劳修斯(R.Clausius，1822-1888)将热力学第二定律表述为：
热力学第二定律的克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体.（即：不可能制造这样一台机器，在一个循环动作后，只是将热量从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化）
热力学第二定律的克劳修斯表述
电冰箱通电后箱内温度低于箱外温度，并且还会继续降温，直至达到设定的温度。显然这是热量从低温物体传递到了高温物体。这一现象是否违背热力学第二定律呢？
电冰箱的内部温度比外部温度低，为什么致冷系统还能不断地把箱内热量传给外界的空气？
(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.
热力学第二定律反映的所有与热现象有关的宏观过程都具有方向性
在产生其他影响的情况下,热量可以从低温物体传给高温物体.例如冰箱
思考：假设能避免这些损失，热机燃料产生的热量Q=W？
燃料在燃烧（高温物体）
冷凝器或大气（低温物体）
热机在工作过程中必然排出部分热量，热机用于做功的热量一定小于它从高温热库吸收的热量，即
1851，英国物理学家开尔文将热力学第二定律表述为：
1、热力学第二定律的开尔文表述： 不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。（即：不可能制造这样一台机器，在一个循环动作后，只是从单一热库吸收热量，使之完全变为功，而不引起其他变化）
Q1：从高温热库吸收的热量
Q2：向低温热库散发的热量
热力学第二定律的开尔文表述
⑴这里阐述的是机械能与内能转化的方向性。
⑵“不可能从单一热库吸收热量”的意义：
不仅要从一个热库吸热，而且一定会向另一个热库放热。
机械能可以全部转化为内能，而内能无法全部用来做功以转换成机械能。
⑶开尔文表述也可以改为：
第二类永动机是不可能制造成功的。
在水平地面上滚动的足球，摩擦力做负功，其动能转化为内能，最终停了下来，同时产生的热量散失在周围的环境中。会不会有这样的现象∶静止在水平地面上的足球和地面、周围的空气自发地降低温度释放内能，并将释放出的内能全部转化为足球的动能，让足球又滚动起来?
机械能与内能转化的具有方向性
上述现象是不可能发生的。
问题的实质是：机械能可以全部转化成内能，但这个过程是不可逆的。
热力学第二定律的两种表述之间的关系
1、热量不能自发地从低温物体传到高温物体.
1、按热传递的方向性来表述
2、是按机械能与内能转化过程的方向来表述.
2、不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响.
热力学第二定律的其他描述：
（1）一切宏观自然过程的进行都具有方向性。
（2）气体向真空的自由膨胀是不可逆的。
能量守恒定律在热力学中的表现，否定了创造能量和消灭能量的可能性，从而否定了第一类永动机。
是关于在有限空间和时间内，一切和热现象有关的物理过程、化学过程具有不可逆性的经验总结，从而否定了第二类永动机。
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。
热力学第二定律与第一定律的比较
请问：既然能量是守恒的，我们为什么还要节约能源？
能量守恒定律告诉我们： 在能量转化和转移过程中利用能量，并不会使能的总量减少，那么为什么还会出现“能源危机”呢？
(1)由热力学第二定律，能量的转移和转化具有方向性． (2)能量耗散：系统的内能流散到周围环境中，没有办法把这些内能收集起来加以利用的现象．2．品质降低: 能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式叫品质降低，也叫能量降退．
虽然能量不会减少，但能源越来越少.因此会出现“能源危机”.
在物理学中，不与外界进行物质和能量交换的系统叫作孤立系统。在自发过程中，系统总是自发地向无序方向发展，即一个孤立系统的熵值总是不减少的，这就是熵增加原理。
1850年，克劳修斯首次提出熵的概念，熵可用来表达一个系统的无序程度，系统从有序向无序的发展过程中熵在增加。
把事情搞的乱糟糟的方式要比事情做得整整齐齐的方式多得多！