遼寧省大連市高中物理 第10章 熱力學(xué)定律 10.4 熱力學(xué)第二定律課件 新人教版選修3-3.ppt

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導(dǎo)入新課,熱量可以自發(fā)的從高溫物體傳向低溫物體，它的逆過程不可自發(fā)的發(fā)生。,注意,,這里所說“自發(fā)地”是指沒有任何外界的影響或幫助，電冰箱工作時能將冰箱內(nèi)(溫度較低)的熱量，傳給外界空氣(溫度較高)，是因為電冰箱消耗了電能，對制冷系統(tǒng)做了功。,任何物體都具有內(nèi)能，在地球上貯存量十分豐富的海水總質(zhì)量約達(dá)1.41018噸，它的溫度只要降低1℃，就能釋放相當(dāng)于1800萬個功率為100萬千瓦的核電站一年的發(fā)電量，足夠全世界使用4000年。而人類都不能利用這種“新能源”，究其原因，是因為涉及物理學(xué)的一個基本定律——熱力學(xué)第二定律。,擴(kuò)散的逆過程不可能發(fā)生,熱力學(xué)第二定律,教學(xué)目標(biāo),1.了解熱傳導(dǎo)過程的方向性。2.了解什么是第二類永動機(jī)，為什么第二類永動機(jī)不可能制成。3.了解熱力學(xué)第二定律的兩種不同的表述，以及這兩種表述的物理實(shí)質(zhì)。4.了解什么是能量耗散。,通過實(shí)驗和課件完成由感性到理性的認(rèn)識，培養(yǎng)觀察能力和分析能力。通過實(shí)際生活問題的解釋，加深對熱力學(xué)第二定律的理解。,有參與實(shí)驗總結(jié)規(guī)律的熱情，從而能更方便的解決實(shí)際問題。在理解熱力學(xué)第二定律時，注意方向性。再次體會學(xué)以致用，結(jié)合身邊的例子發(fā)現(xiàn)生活中的物理知識。,重點(diǎn)：熱力學(xué)第二定律的物理實(shí)質(zhì)和兩種常見的表述。難點(diǎn)：兩類永動機(jī)的區(qū)別，第二類永動機(jī)不可能制成的原因。,,內(nèi)容解析,1.可逆與不可逆過程,1.熱傳導(dǎo)的方向性熱傳導(dǎo)的過程可以自發(fā)地由高溫物體向低溫物體進(jìn)行，但相反方向卻不能自發(fā)地進(jìn)行，即熱傳導(dǎo)具有方向性，是一個不可逆過程。,2.說明：①“自發(fā)地”過程就是在不受外來干擾的條件下進(jìn)行的自然過程。②熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳向低溫物體，熱量卻不能自發(fā)地從低溫物體傳向高溫物體。③要將熱量從低溫物體傳向高溫物體，必須有“外界的影響或幫助”，就是要由外界對其做功才能完成。電冰箱、空調(diào)就是例子。,熱量會自動地從高溫物體傳給低溫度物體,熱力學(xué)第二定律的兩種表述,①.克勞修斯表述,按熱傳遞的方向性來表述：不可能使熱量從低溫物體傳到高溫物體，而不引起其他變化。,在①的講法中，指出了在自然條件下熱量只能從高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)移，而不能由低溫物體自動向高溫物體轉(zhuǎn)移，也就是說在自然條件下，這個轉(zhuǎn)變過程是不可逆的。要使熱傳遞方向倒轉(zhuǎn)過來，只有靠消耗功來實(shí)現(xiàn)。,②.開爾文表述,不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響。,按機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程的方向性來表述：不可能從單一熱庫吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化。,在②的講法中指出，自然界中任何形式的能都會很容易地變成熱，而反過來熱卻不能在不產(chǎn)生其他影響的條件下完全變成其他形式的能，從而說明了這種轉(zhuǎn)變在自然條件下也是不可逆的。熱機(jī)能連續(xù)不斷地將熱變?yōu)闄C(jī)械功，一定伴隨有熱量的損失。第二定律和第一定律不同，第一定律否定了創(chuàng)造能量和消滅能量的可能性，第二定律闡明了過程進(jìn)行的方向性，否定了以特殊方式利用能量的可能性。,兩種表述是等價的，可以從一種表述導(dǎo)出另一種表述，兩種表述都稱為熱力學(xué)第二定律。熱力學(xué)第二定律的意義在于提示了有大量分子參與的宏觀過程的方向性，是獨(dú)立于熱力學(xué)第一定律的一個重要自然規(guī)律。,熱機(jī),①熱機(jī)：是一種把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置。,②原理：燃料燃燒產(chǎn)生熱量Q1（高溫?zé)嵩矗?推動活塞對外做功W,排出廢氣向外界（低溫?zé)嵩矗┓艧酫2,③效率：由能量守恒定律知道Q1=W+Q2熱機(jī)的效率,熱機(jī)的效率小于100%，就不可能把從高溫?zé)嵩次盏臒崃咳哭D(zhuǎn)化為機(jī)械能，總有一部分熱量散發(fā)到冷凝器中。,第二類永動機(jī),第二類永動機(jī)：人們把想象中能夠從單一熱源吸收熱量，全部用來做功而不引起其他變化的熱機(jī)叫做第二類永動機(jī)。,歷史上首個成型的第二類永動機(jī)裝置是1881年美國人約翰嘎姆吉為美國海軍設(shè)計的零發(fā)動機(jī)，這一裝置利用海水的熱量將液氨汽化，推動機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)。但是這一裝置無法持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，因為汽化后的液氨在沒有低溫?zé)嵩创嬖诘臈l件下無法重新液化，因而不能完成循環(huán)。,第二類永動機(jī)不可能制成表示：機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性．盡管機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能卻不能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，同時不引起其他變化．第一類永動機(jī)和第二類永動機(jī)它們都不可能制成，第一類永動機(jī)的設(shè)想違反了能量守恒定律；第二類永動機(jī)的設(shè)想雖不違反能量守恒定律，但違背了跟熱現(xiàn)象相聯(lián)系的宏觀自然過程具有方向性的規(guī)律。,1．能量耗散：流散的內(nèi)能無法重新收集起來加以利用的現(xiàn)象叫做能量耗散。2．能量耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的宏觀過程具有方向性。,能量耗散,課堂小結(jié),熱力學(xué)第二定律有常見的兩種表述，提示了有大量分子參與的宏觀過程(即與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程)的方向性，第二類永動機(jī)不可能制成。,(04天津)下列說法正確的是（）A．熱量不能由低溫物體傳遞到高溫物體B．外界對物體做功，物體的內(nèi)能必定增加C．第二類永動機(jī)不可能制成，是因為違反了能量守恒定律D．不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化,高考鏈接,D,（04廣東）下列說法正確的是（）A．機(jī)械能全部變成內(nèi)能是不可能的B．第二類永動機(jī)不可能制造成功的原因是因為能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，只能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，或從一種形式轉(zhuǎn)化成另一種形式。C．根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體D．從單一熱源吸收的熱量全部變成功是可能的,D,課堂練習(xí),1．下列說法正確的是A．機(jī)械能全部變成內(nèi)能是不可能的，內(nèi)能全部變成機(jī)械能也是不可能的B．第二類永動機(jī)不可能制造成功的原因是因為能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，只能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，或從一種形式轉(zhuǎn)成另一種形式C．根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體D．任何熱機(jī)都不可能使燃料釋放的熱量完全轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，從單一熱源吸收的熱量全部變成功在一定條件下是可能的,[精與解]熱力學(xué)第二定律告訴我們：第二類永動機(jī)并不違背能量守恒定律，只是機(jī)械能和內(nèi)能在相互轉(zhuǎn)化的過程中具有方向性，機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能卻不能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能同時不引起其他變化．故A、B選項都不對。熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體，在有外界做功的情況下是可能的。從單一熱源吸熱并全部轉(zhuǎn)變成功，在有外界變化的情況下也是可能的，故C錯D對。[解后思]熱力學(xué)第二定律的兩種表述：（1）熱量不能自發(fā)地由低溫物體傳遞到高溫物體。（2）不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響。這里的“不能”、“不可能”在一定條件下是可能的，空調(diào)、電冰箱都是通過外界做功使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，但是這一過程消耗了額外的能量。同理，從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，必定要引起其他變化。分析熱力學(xué)第二定律相關(guān)問題時要予以關(guān)注。,2下列關(guān)于熱現(xiàn)象的說法，正確的是（）A．外界對物體做功，物體的內(nèi)能一定增加B．第二類永動機(jī)與第一類永動機(jī)一樣違背了能量守恒定律C．任何條件下，熱量都不會由低溫物體傳遞到高溫物體D．任何熱機(jī)都不可能使燃料釋放的熱量完全轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,D,3關(guān)于第二類永動機(jī)，下列說法中正確的是()A．它既不違反熱力學(xué)第一定律，也不違反熱力學(xué)第二定律B．它既違反了熱力學(xué)第一定律，也違反了熱力學(xué)第二定律C．它不違反熱力學(xué)第一定律，只違反熱力學(xué)第二定律D．它只違反熱力學(xué)第一定律，不違反熱力學(xué)第二定律,C,4第二類永動機(jī)不可以制成，是因為（）A.違背了能量的守恒定律B．熱量總是從高溫物體傳遞到低溫物體C．機(jī)械能不能全部轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能D．內(nèi)能不能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，同時不引起其他變化,D,[解析]第二類永動機(jī)設(shè)想雖然符合能量守恒定律，但是違背了能量轉(zhuǎn)化中有些過程是不可逆的規(guī)律。所以不可能制成，選項D正確。,5.根據(jù)熱力學(xué)第二定律，下列判斷正確的是（）A.電流的能不可能全部變?yōu)閮?nèi)能B.在火力發(fā)電機(jī)中，燃?xì)獾膬?nèi)能不可能全部變?yōu)殡娔蹸.熱機(jī)中，燃?xì)鈨?nèi)能不可能全部變?yōu)闄C(jī)械能D.在熱傳導(dǎo)中，熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫度物體．,BCD,[解析]根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，凡與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性，電流的能可全部變?yōu)閮?nèi)能(由電流熱效應(yīng)中的焦耳定律可知)，而內(nèi)能不可能全部變成電流的能．機(jī)械能可全部變?yōu)閮?nèi)能，而內(nèi)能不可能全部變成機(jī)械能，在熱傳導(dǎo)中，熱量只能自發(fā)地從高溫物體傳遞給低溫物體，而不能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫物體，所以選項B、C、D正確．,6.試述熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律的區(qū)別與聯(lián)系．,解答：熱力學(xué)第一定律指出了在任何熱力學(xué)過程中，能量不會有任何增減或損失，對自然過程也沒有限制；而熱力學(xué)第二定律是解決了哪些過程可以發(fā)生。兩個定律從不同角度揭示了熱力學(xué)過程中遵從的規(guī)律，既相互獨(dú)立，又相互補(bǔ)充，共同構(gòu)成了熱力學(xué)知識的理論基礎(chǔ)。,課后答案,1.解：汽油燃燒時釋放的化學(xué)能有的由于漏氣而散失；有的使汽車的機(jī)體溫度上升，然后又通過機(jī)體散失了；轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的那部分還要用于克服機(jī)械摩擦轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。2.解答：A、B不能發(fā)生；C、D能發(fā)生。C不違背熱力學(xué)第二定律，D違背熱力學(xué)第二定律。,3.解：他還要知道水的比熱c，水的密度ρ，煤氣的燃燒值q,煤氣的密度ρ’，c表示比熱，單位是J/kg℃；ρ表示水的密度，單位是kg/m3；V表示水的體積，單位是m3；Δt表示溫度的變化，單位是℃；q表示煤氣的燃燒值，單位是J/kg；煤氣的密度ρ/,單位是kg/m3；燒水前后煤氣的體積V1、V2燒水的效率,,