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

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導入新課,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1.41018噸，它的溫度只要降低1℃，就能釋放相當于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，是因為涉及物理學的一個基本定律——熱力學第二定律。,擴散的逆過程不可能發(fā)生,熱力學第二定律,教學目標,1.了解熱傳導過程的方向性。2.了解什么是第二類永動機，為什么第二類永動機不可能制成。3.了解熱力學第二定律的兩種不同的表述，以及這兩種表述的物理實質(zhì)。4.了解什么是能量耗散。,通過實驗和課件完成由感性到理性的認識，培養(yǎng)觀察能力和分析能力。通過實際生活問題的解釋，加深對熱力學第二定律的理解。,有參與實驗總結(jié)規(guī)律的熱情，從而能更方便的解決實際問題。在理解熱力學第二定律時，注意方向性。再次體會學以致用，結(jié)合身邊的例子發(fā)現(xiàn)生活中的物理知識。,重點：熱力學第二定律的物理實質(zhì)和兩種常見的表述。難點：兩類永動機的區(qū)別，第二類永動機不可能制成的原因。,,內(nèi)容解析,1.可逆與不可逆過程,1.熱傳導的方向性熱傳導的過程可以自發(fā)地由高溫物體向低溫物體進行，但相反方向卻不能自發(fā)地進行，即熱傳導具有方向性，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。熱機能連續(xù)不斷地將熱變?yōu)闄C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，可以從一種表述導出另一種表述，兩種表述都稱為熱力學第二定律。熱力學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，是獨立于熱力學第一定律的一個重要自然規(guī)律。,熱機,①熱機：是一種把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能的裝置。,②原理：燃料燃燒產(chǎn)生熱量Q1（高溫熱源）,推動活塞對外做功W,排出廢氣向外界（低溫熱源）放熱Q2,③效率：由能量守恒定律知道Q1=W+Q2熱機的效率,熱機的效率小于100%，就不可能把從高溫熱源吸收的熱量全部轉(zhuǎn)化為機械能，總有一部分熱量散發(fā)到冷凝器中。,第二類永動機,第二類永動機：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叫做第二類永動機。,歷史上首個成型的第二類永動機裝置是1881年美國人約翰嘎姆吉為美國海軍設計的零發(fā)動機，這一裝置利用海水的熱量將液氨汽化，推動機械運轉(zhuǎn)。但是這一裝置無法持續(xù)運轉(zhuǎn)，因為汽化后的液氨在沒有低溫熱源存在的條件下無法重新液化，因而不能完成循環(huán)。,第二類永動機不可能制成表示：機械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性．盡管機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能卻不能全部轉(zhuǎn)化成機械能，同時不引起其他變化．第一類永動機和第二類永動機它們都不可能制成，第一類永動機的設想違反了能量守恒定律；第二類永動機的設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)象有關的宏觀過程)的方向性，第二類永動機不可能制成。,(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．機械能全部變成內(nèi)能是不可能的B．第二類永動機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,1．下列說法正確的是A．機械能全部變成內(nèi)能是不可能的，內(nèi)能全部變成機械能也是不可能的B．第二類永動機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．任何熱機都不可能使燃料釋放的熱量完全轉(zhuǎn)化為機械能，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]熱力學第二定律告訴我們：第二類永動機并不違背能量守恒定律，只是機械能和內(nèi)能在相互轉(zhuǎn)化的過程中具有方向性，機械能可以全部轉(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。分析熱力學第二定律相關問題時要予以關注。,2下列關于熱現(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．第二類永動機與第一類永動機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．任何熱機都不可能使燃料釋放的熱量完全轉(zhuǎn)化為機械能,D,3關于第二類永動機，下列說法中正確的是()A．它既不違反熱力學第一定律，也不違反熱力學第二定律B．它既違反了熱力學第一定律，也違反了熱力學第二定律C．它不違反熱力學第一定律，只違反熱力學第二定律D．它只違反熱力學第一定律，不違反熱力學第二定律,C,4第二類永動機不可以制成，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)化為機械能，同時不引起其他變化,D,[解析]第二類永動機設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)電機中，燃氣的內(nèi)能不可能全部變?yōu)殡娔蹸.熱機中，燃氣內(nèi)能不可能全部變?yōu)闄C械能D.在熱傳導中，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)熱力學第二定律可知，凡與熱現(xiàn)象有關的宏觀過程都具有方向性，電流的能可全部變?yōu)閮?nèi)能(由電流熱效應中的焦耳定律可知)，而內(nèi)能不可能全部變成電流的能．機械能可全部變?yōu)閮?nèi)能，而內(nèi)能不可能全部變成機械能，在熱傳導中，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.試述熱力學第一定律和熱力學第二定律的區(qū)別與聯(lián)系．,解答：熱力學第一定律指出了在任何熱力學過程中，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過程中遵從的規(guī)律，既相互獨立，又相互補充，共同構(gòu)成了熱力學知識的理論基礎。,課后答案,1.解：汽油燃燒時釋放的化學能有的由于漏氣而散失；有的使汽車的機體溫度上升，然后又通過機體散失了；轉(zhuǎn)化為機械能的那部分還要用于克服機械摩擦轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。2.解答：A、B不能發(fā)生；C、D能發(fā)生。C不違背熱力學第二定律，D違背熱力學第二定律。,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,,