第3章 第4节热力学第二定律
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第三章热力学第二定律
路和基本方法。
一、没有其它功的单纯pVT变化过程 1．恒温过程
恒温过程中，系统的温度T为常数，故式(3-2-1a)变为：
Qr T S T
上式适用于各种恒温过程。
(3-3-1)
对于理想气体恒温过程，U=0，
V2 p1 Qr Wr nRT ln nRT ln V1 p2
代入式(3-3-1),得
Qsu Q Ssu Tsu Tsu
(3-2-7)
式中Q是实际过程系统吸收或放出的热。
第三节 熵变的计算
熵变等于可逆过程的热温商，即
S
2
Qr
T
1
(3-2-1a)
这是计算熵变的基本公式。如果某过程不可逆，则利用S与途径无
关，在始终态之间设计可逆过程进行计算。这是计算熵变的基本思
逆性均可归结为热功转化过程的不可逆性。自发过 程的方向性都可以用热功转化过程的方向性来表达。
二、热力学第二定律的经典表述
1．克劳修斯(Clausius)说法（1850年）：热不能自动地从低温物体
传到高温物体，而不引起任何其它变化。这种表述指明了热传导的
不可逆性。
2．开尔文(Kelvin)说法（1851年）：不可能从单一热源取出的热使 之完全变为功，而不引起任何其它变化。
统发生一个不可逆过程时，系统的熵不一定增加。我们可将系统和 与系统有联系那部分环境加在一起，作为大隔离系统，于是有
S总 S Ssu
＞ 自发 （平衡） ＝ 可逆 ＜ 不能发生
(3-2-6)
式中Ssu是环境熵变，S总是大隔离系统熵变。毫无疑问，这个大 隔离系统一定服从隔离系统熵判据。
从单一热源吸取热量，使之完全变为功而不引起其它变化的
机器称为第二类永动机。开尔文说法也可表述为：第二类永 动机是不可能造出来的。
一、没有其它功的单纯pVT变化过程 1．恒温过程
恒温过程中，系统的温度T为常数，故式(3-2-1a)变为：
Qr T S T
上式适用于各种恒温过程。
(3-3-1)
对于理想气体恒温过程，U=0，
V2 p1 Qr Wr nRT ln nRT ln V1 p2
代入式(3-3-1),得
Qsu Q Ssu Tsu Tsu
(3-2-7)
式中Q是实际过程系统吸收或放出的热。
第三节 熵变的计算
熵变等于可逆过程的热温商，即
S
2
Qr
T
1
(3-2-1a)
这是计算熵变的基本公式。如果某过程不可逆，则利用S与途径无
关，在始终态之间设计可逆过程进行计算。这是计算熵变的基本思
逆性均可归结为热功转化过程的不可逆性。自发过 程的方向性都可以用热功转化过程的方向性来表达。
二、热力学第二定律的经典表述
1．克劳修斯(Clausius)说法（1850年）：热不能自动地从低温物体
传到高温物体，而不引起任何其它变化。这种表述指明了热传导的
不可逆性。
2．开尔文(Kelvin)说法（1851年）：不可能从单一热源取出的热使 之完全变为功，而不引起任何其它变化。
统发生一个不可逆过程时，系统的熵不一定增加。我们可将系统和 与系统有联系那部分环境加在一起，作为大隔离系统，于是有
S总 S Ssu
＞ 自发 （平衡） ＝ 可逆 ＜ 不能发生
(3-2-6)
式中Ssu是环境熵变，S总是大隔离系统熵变。毫无疑问，这个大 隔离系统一定服从隔离系统熵判据。
从单一热源吸取热量，使之完全变为功而不引起其它变化的
机器称为第二类永动机。开尔文说法也可表述为：第二类永 动机是不可能造出来的。
物理化学03章_热力学第二定律
Helmholtz自由能 Gibbs自由能
为什么要定义新函数？
热力学第一定律导出了热力学能这个状态函数， 为了处理热化学中的问题，又定义了焓。
热力学第二定律导出了熵这个状态函数，但用熵 作为判据时，系统必须是隔离系统，也就是说必须同 时考虑系统和环境的熵变，这很不方便。
通常反应总是在等温、等压或等温、等容条件下 进行，有必要引入新的热力学函数，利用系统自身状 态函数的变化，来判断自发变化的方向和限度。
§3.8 熵和能量退降
热力学第一定律表明：一个实际过程发生 后，能量总值保持不变。
热力学第二定律表明：在一个不可逆过程 中，系统的熵值增加。
能量总值不变，但由于系统的熵值增加， 说明系统中一部分能量丧失了作功的能力，这 就是能量“退降”。
能量 “退降”的程度，与熵的增加成正比
有三个热源 TA > TB > TC
从高“质量”的能贬值为低“质量”的能 是自发过程。
§3.9 热力学第二定律的本质和熵的统计意义
热力学第二定律的本质
热与功转换的不可逆性 热是分子混乱运动的一种表现，而功是分子 有序运动的结果。 功转变成热是从规则运动转化为不规则运动， 混乱度增加，是自发的过程； 而要将无序运动的热转化为有序运动的功就 不可能自动发生。
热力学第二定律的本质 气体混合过程的不可逆性 将N2和O2放在一盒内隔板的两边，抽去隔板， N2和O2自动混合，直至平衡。 这是混乱度增加的过程，也是熵增加的过程， 是自发的过程，其逆过程决不会自动发生。
热力学第二定律的本质
热传导过程的不可逆性
处于高温时的系统，分布在高能级上的分子 数较集中；
而处于低温时的系统，分子较多地集中在低 能级上。
这与熵的变化方向相同。
为什么要定义新函数？
热力学第一定律导出了热力学能这个状态函数， 为了处理热化学中的问题，又定义了焓。
热力学第二定律导出了熵这个状态函数，但用熵 作为判据时，系统必须是隔离系统，也就是说必须同 时考虑系统和环境的熵变，这很不方便。
通常反应总是在等温、等压或等温、等容条件下 进行，有必要引入新的热力学函数，利用系统自身状 态函数的变化，来判断自发变化的方向和限度。
§3.8 熵和能量退降
热力学第一定律表明：一个实际过程发生 后，能量总值保持不变。
热力学第二定律表明：在一个不可逆过程 中，系统的熵值增加。
能量总值不变，但由于系统的熵值增加， 说明系统中一部分能量丧失了作功的能力，这 就是能量“退降”。
能量 “退降”的程度，与熵的增加成正比
有三个热源 TA > TB > TC
从高“质量”的能贬值为低“质量”的能 是自发过程。
§3.9 热力学第二定律的本质和熵的统计意义
热力学第二定律的本质
热与功转换的不可逆性 热是分子混乱运动的一种表现，而功是分子 有序运动的结果。 功转变成热是从规则运动转化为不规则运动， 混乱度增加，是自发的过程； 而要将无序运动的热转化为有序运动的功就 不可能自动发生。
热力学第二定律的本质 气体混合过程的不可逆性 将N2和O2放在一盒内隔板的两边，抽去隔板， N2和O2自动混合，直至平衡。 这是混乱度增加的过程，也是熵增加的过程， 是自发的过程，其逆过程决不会自动发生。
热力学第二定律的本质
热传导过程的不可逆性
处于高温时的系统，分布在高能级上的分子 数较集中；
而处于低温时的系统，分子较多地集中在低 能级上。
这与熵的变化方向相同。
热力学第二定律
实 R
(“<” 表示实际热机为不可逆热机， “ =”表示 实际 热机为可逆热机) 或
Q1 Q2 不可逆 0 ( ） 可逆 T1 T2
dQ1 dQ2 0 T T2 1
(29)
对 无限小循环
3-1 热力学第二定律
3-1-3 Carnot 定理
2. Carnot定理推论： 在T1和T2两热源间工作的所有可逆热机， 其效率必相等，与工作物质及其变化种类无 关。
d Q实=0 不可逆 ΔS绝热≥0 ( ） 可逆 熵增原理：在绝热不可逆过程中系统的熵增加，直至系 统熵最大时，达到平衡。若变化在孤立系统中进行， 则 dQ实=0， dW=0 dQ实 式(32) 可写为 (32)’ ΔS 0
Δ S孤 Δ S系 Δ S环 0
Δ S孤
T环 0
不可逆 ( ） (33) 可逆
SB (T ) Δ S p (B) SB (T ) SB (0K)
* ( SB (0K) 0)
标准摩尔熵 Sm(B) —物质B在标准状态下的规定熵。
3-4-2 标准反应熵—化学反应的熵变 1 标准摩尔反应熵 ΔrSm： 有化学反应 aA+bB=lL+mM 当参加反应物质均处于某温度下的标准态时，发生 ξ=1mol 上述反应时的熵变称为标准摩尔反应熵。
3-2 熵函数的导出及热力
学第二定律的数学表达式
3-2-1 熵函数的导出及热力学第二定律的数学表达式
3 Clausius 不等式—热力学第二定律的数学表达式。 任意不可逆循环热温商之和小于零。 ( dQ ) 0(不可逆）
A
不可逆 可逆
A dQ dQiR 数
3-5-1 Helmholtz函数与Gibbs函数
(“<” 表示实际热机为不可逆热机， “ =”表示 实际 热机为可逆热机) 或
Q1 Q2 不可逆 0 ( ） 可逆 T1 T2
dQ1 dQ2 0 T T2 1
(29)
对 无限小循环
3-1 热力学第二定律
3-1-3 Carnot 定理
2. Carnot定理推论： 在T1和T2两热源间工作的所有可逆热机， 其效率必相等，与工作物质及其变化种类无 关。
d Q实=0 不可逆 ΔS绝热≥0 ( ） 可逆 熵增原理：在绝热不可逆过程中系统的熵增加，直至系 统熵最大时，达到平衡。若变化在孤立系统中进行， 则 dQ实=0， dW=0 dQ实 式(32) 可写为 (32)’ ΔS 0
Δ S孤 Δ S系 Δ S环 0
Δ S孤
T环 0
不可逆 ( ） (33) 可逆
SB (T ) Δ S p (B) SB (T ) SB (0K)
* ( SB (0K) 0)
标准摩尔熵 Sm(B) —物质B在标准状态下的规定熵。
3-4-2 标准反应熵—化学反应的熵变 1 标准摩尔反应熵 ΔrSm： 有化学反应 aA+bB=lL+mM 当参加反应物质均处于某温度下的标准态时，发生 ξ=1mol 上述反应时的熵变称为标准摩尔反应熵。
3-2 熵函数的导出及热力
学第二定律的数学表达式
3-2-1 熵函数的导出及热力学第二定律的数学表达式
3 Clausius 不等式—热力学第二定律的数学表达式。 任意不可逆循环热温商之和小于零。 ( dQ ) 0(不可逆）
A
不可逆 可逆
A dQ dQiR 数
3-5-1 Helmholtz函数与Gibbs函数
新教材2023高中物理第三章热力学定律3.4热力学第二定律课件新人教版选择性必修第三册
6.如图所示,绝热汽缸中的高压理想气体膨胀时,推动活塞对外 做功,理想气体减少的内能全部用来对外做功转化为机械能,这 与热力学第二定律的开尔文表述矛盾吗?为什么?
答案:不矛盾.因为该过程的确把内能全部转化为机械能,但是气 体的体积和压强发生了变化,它不能循环动作返回原状态.也就 是说产生其他影响时,内能是可以全部转化为机械能的.
的低温食品.
2.热力学第二定律的克劳修斯表述,从哪个方面阐述了宏观自 然过程的方向性?如何理解“自发”二字?
答案:热力学第二定律的克劳修斯表述阐述的是传热的方向 性.“自发”二字指的是当两个物体接触时,不需要任何第三 者的介入、不会对任何第三者产生任何影响. 3.请从能量的角度,说明热机工作过程中是如何完成能量转化 的. 答案:热机的工作分为两个阶段:第一个阶段是燃烧燃料,把燃 料中的化学能变成工作物质的内能;第二个阶段是工作物质推 动活塞对外做功,把自己的内能变成机械能.
第二类永动机是否违反能量守恒定律?从理论上分析其不能 制成的原因. 答案:第二类永动机的设想不违反能量守恒定律.不能制成的 原因:机械能和内能的转化过程具有方向性,尽管机械能可以 全部转化为内能,内能却不能全部转化成机械能,同时不引起 其他变化,所以第二类永动机违背了跟热现象相联系的宏观 自然过程具有方向性的规律.
理解热力学第二定律的实质,即自然界中进行的所有涉及 热现象的宏观过程都具有方向性,是不可逆的,关键在于理 解“自发”和“不引起其他变化”.
探究二 第二类永动机
问题情境
第二类永动机——人们把想象中能够从单一热源吸收热量,全 部用来做功而不引起其他变化的热机叫作第二类永动机,其示 意图如图所示.历史上首个成型的第二类永动机装置设想是利 用海水的热量将液氨汽化,推动机械运转,但是这一装置无法 持续运转,因为汽化后的液氨在没有低温热库存在的条件下无 法重新液化,因而不能完成循环.
3.4 热力学第二定律(解析版)
第4节热力学第二定律【知识梳理与方法突破】1.热力学第二定律的理解（1）“自发地”过程就是不受外来干扰进行的自然过程，在热传递过程中，热量可以自发地从高温物体传到低温物体，却不能自发地从低温物体传到高温物体。
要将热量从低温物体传到高温物体，必须“对外界有影响或有外界的帮助”，就是要有外界对其做功才能完成。
电冰箱就是一例，它是靠电流做功把热量从低温处“搬”到高温处的。
（2）“不产生其他影响”的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响。
如吸热、放热、做功等。
（3）热力学第二定律的每一种表述都揭示了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，进一步揭示了各种有关热的物理过程都具有方向性。
（4）适用条件：只能适用于由很大数目分子所构成的系统及有限范围内的宏观过程。
而不适用于少量的微观体系，也不能把它扩展到无限的宇宙。
（5）热力学第二定律的两种表述是等价的，即一个说法是正确的，另一个说法也必然是正确的；如一个说法是错误的，另一个说法必然是不成立的。
2.热力学第一定律与第二定律的比较项目热力学第一定律热力学第二定律定律揭示的问题它从能量守恒的角度揭示了功、热量和内能改变量三者间的定量关系它指出自然界中出现的宏观过程是有方向性的机械能和内能的转化当摩擦力做功时，机械能可以全部转化为内能内能不可能在不引起其他变化的情况下全部转化为机械能热量的传递热量可以从高温物体自发地传到低温物体说明热量不能自发地从低温物体传到高温物体表述形式只有一种表述形式有多种表述形式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3.能量耗散的理解（1）各种形式的能最终都转化为内能，流散到周围的环境中，分散在环境中的内能不管数量多么巨大，它也只能使地球、大气稍稍变暖一点，却再也不能自动聚集起来驱动机器做功了。
物理化学 第三章 热力学第二定律
Siso S(体系） S(环境） 0
“>” 号为不可逆过程 “=” 号为可逆过程
克劳修斯不等式引进的不等号，在热力学上可以作 为变化方向与限度的判据。
dS Q T
dSiso 0
“>” 号为不可逆过程 “=” 号为可逆过程
“>” 号为自发过程 “=” 号为处于平衡状态
因为隔离体系中一旦发生一个不可逆过程，则一定 是自发过程，不可逆过程的方向就是自发过程的方 向。可逆过程则是处于平衡态的过程。
二、规定熵和标准熵
1. 规定熵 : 在第三定律基础上相对于SB* (0K，完美晶体)= 0 , 求得纯物质B要某一状态的熵.
S(T ) S(0K ) T，Qr
0K T
Sm (B,T )
T Qr
0K T
2. 标准熵: 在标准状态下温度T 的规定熵又叫 标准熵Sm ⊖(B,相态,T) 。
则：
i
Q1 Q2 Q1
1
Q2 Q1
r
T1 T2 T1
1 T2 T1
根据卡诺定理：
i
r
不可逆 可逆
则
Q1 Q2 0 不可逆
T1 T2
可逆
对于微小循环，有 Q1 Q2 0 不可逆
T1 T2
可逆
推广为与多个热源接触的任意循环过程得：
Q 0
T
不可逆 可逆
自发过程的逆过程都不能自动进行。当借助 外力，体系恢复原状后，会给环境留下不可磨灭 的影响。自发过程是不可逆过程。
自发过程逆过程进行必须环境对系统作功。
例：
1. 传热过程：低温 传冷热冻方机向高温 2. 气体扩散过程： 低压 传压质缩方机向高压 3. 溶质传质过程： 低浓度 浓差传电质池方通向电高浓度 4. 化学反应： Cu ZnSO4 原反电应池方电向解 Zn CuSO4
“>” 号为不可逆过程 “=” 号为可逆过程
克劳修斯不等式引进的不等号，在热力学上可以作 为变化方向与限度的判据。
dS Q T
dSiso 0
“>” 号为不可逆过程 “=” 号为可逆过程
“>” 号为自发过程 “=” 号为处于平衡状态
因为隔离体系中一旦发生一个不可逆过程，则一定 是自发过程，不可逆过程的方向就是自发过程的方 向。可逆过程则是处于平衡态的过程。
二、规定熵和标准熵
1. 规定熵 : 在第三定律基础上相对于SB* (0K，完美晶体)= 0 , 求得纯物质B要某一状态的熵.
S(T ) S(0K ) T，Qr
0K T
Sm (B,T )
T Qr
0K T
2. 标准熵: 在标准状态下温度T 的规定熵又叫 标准熵Sm ⊖(B,相态,T) 。
则：
i
Q1 Q2 Q1
1
Q2 Q1
r
T1 T2 T1
1 T2 T1
根据卡诺定理：
i
r
不可逆 可逆
则
Q1 Q2 0 不可逆
T1 T2
可逆
对于微小循环，有 Q1 Q2 0 不可逆
T1 T2
可逆
推广为与多个热源接触的任意循环过程得：
Q 0
T
不可逆 可逆
自发过程的逆过程都不能自动进行。当借助 外力，体系恢复原状后，会给环境留下不可磨灭 的影响。自发过程是不可逆过程。
自发过程逆过程进行必须环境对系统作功。
例：
1. 传热过程：低温 传冷热冻方机向高温 2. 气体扩散过程： 低压 传压质缩方机向高压 3. 溶质传质过程： 低浓度 浓差传电质池方通向电高浓度 4. 化学反应： Cu ZnSO4 原反电应池方电向解 Zn CuSO4
第三章热力学第二定律
第三章 热力学第二定律一．基本要求1．了解自发变化的共同特征，熟悉热力学第二定律的文字和数学表述方式。
2．掌握Carnot 循环中，各步骤的功和热的计算，了解如何从Carnot 循环引出熵这个状态函数。
3．理解Clausius 不等式和熵增加原理的重要性，会熟练计算一些常见过程如：等温、等压、等容和,,p V T 都改变过程的熵变，学会将一些简单的不可逆过程设计成始、终态相同的可逆过程。
4．了解熵的本质和热力学第三定律的意义，会使用标准摩尔熵值来计算化学变化的熵变。
5．理解为什么要定义Helmholtz 自由能和Gibbs 自由能，这两个新函数有什么用处？熟练掌握一些简单过程的,,H S A ΔΔΔ和G Δ的计算。
6．掌握常用的三个热力学判据的使用条件，熟练使用热力学数据表来计算化学变化的，和r m H Δr m S Δr m G Δ，理解如何利用熵判据和Gibbs 自由能判据来判断变化的方向和限度。
7．了解热力学的四个基本公式的由来，记住每个热力学函数的特征变量，会利用d 的表示式计算温度和压力对Gibbs 自由能的影响。
G 二．把握学习要点的建议自发过程的共同特征是不可逆性，是单向的。
自发过程一旦发生，就不需要环境帮助，可以自己进行，并能对环境做功。
但是，热力学判据只提供自发变化的趋势，如何将这个趋势变为现实，还需要提供必要的条件。
例如，处于高山上的水有自发向低处流的趋势，但是如果有一个大坝拦住，它还是流不下来。
不过，一旦将大坝的闸门打开，水就会自动一泻千里，人们可以利用这个能量来发电。
又如，氢气和氧气反应生成水是个自发过程，但是，将氢气和氧气封在一个试管内是看不到有水生成的，不过，一旦有一个火星，氢气和氧气的混合物可以在瞬间化合生成水，人们可以利用这个自发反应得到热能或电能。
自发过程不是不能逆向进行，只是它自己不会自动逆向进行，要它逆向进行，环境必须对它做功。
例如，用水泵可以将水从低处打到高处，用电可以将水分解成氢气和氧气。
第3章 热力学第二、三定律 第4节 熵变的计算与熵判据
Physical Chemistry University of Science and Technology Beijing
3 热力学第二定律 3.4 熵变的计算与熵判据 T-S图：热效应的直观描述
Physical Chemistry University of Science and Technology Beijing
Physical Chemistry University of Science and Technology Beijing
3 热力学第二定律 3.4 熵变的计算与熵判据 克劳修斯不等式
Physical Chemistry University of Science and Technology Beijing
3 热力学第二定律 3.4 熵变的计算与熵判据 环境的熵变 再次考虑例题4，刚才求的是体系的熵变。 现在要求求出环境的熵变，并判断过程是 否是自发的，怎么办？
Physical Chemistry University of Science and Technology Beijing
3 热力学第二定律 3.4 熵变的计算与熵判据 环境的熵变
Physical Chemistry University of Science and Technology Beijing
3 热力学第二定律 3.4 熵变的计算与熵判据 两个恒温热源之间的自发热传导
3 热力学第二定律 3.4 熵变的计算与熵判据 两个变温热源之间的自发热传导
Physical Chemistry University of Science and Technology Beijing
p2
Physical Chemistry University of Science and Technology Beijing
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性.
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物理
选修3-3
思考：热传导的方向性能否简单理解为“热量不会从低温 物体传给高温物体”？ 【答案】 不能 .“自发地”是指没有第三者影响，例如空 调、冰箱等制冷机就是把热量从低温物体传到了高温物体，但 是也产生了影响，即外界做了功.
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物理
选修3-3
四、热力学第二定律的微观实质 有序 运动联系在一起的，内 1．做功是与分子群体的 ________
D．W＝8.0×104 J
Q＝－4×104 J 【答案】B
ΔU＝－1.2×105 J
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物理
选修3-3
【解析】根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可以解决此题， 注意Q代表气体吸收外界的热量，对外放热取负号，W表示外 界对气体做功，气体对外界做功取负号， ΔU是正值表示内能 增加，负值表示内能减小，故选项B是正确的.
)
C．物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变 D．物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变 【答案】C
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物理
选修3-3
【解析】根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，物体内能的变 化与外界对物体做功(或物体对外界做功)、物体从外界吸热(或 向外界放热)两种因素有关 .物体吸收热量，但有可能同时对外 做功，故内能有可能不变甚至减小，故A错误.同理，物体对外 做功的同时有可能吸热，故内能不一定减少，B错误.若物体吸 收的热量与对外做的功相等，则内能可能不变，C正确，而放
热与对外做功都会使物体内能减少，故D错误.
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物理
选修3-3
3．一定质量的气体在某一过程中，外界对气体做功 8.0×104 J，气体内能减少1.2×105 J，传递热量为Q，则下列 各式正确的是( ) ΔU＝1.2×105 J ΔU＝－1.2×105 J ΔU＝1.2×105 J Q＝2×105 J Q＝4×104 J A．W＝8.0×104 J B．W＝8.0×104 J Q＝－2×105 J C．W＝－8.0×104 J
ΔU为负，说明气体的内能减少了1.8×105 J.
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物理
选修3-3
(2) 因为气体对外做功，所以气体的体积膨胀，分子间的 距离增大了，分子力做负功，气体分子势能增加. (3) 因为气体内能减少了，同时气体分子势能增加，说明 气体分子的平均动能减少了. 【答案】(1)减少 1.8×105 J (2)增加 (3)减少
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物理
选修3-3
第四节 热力学第二定律
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物理
选修3-3
学 习 目 标 思 维 启 迪 1.通过自然界中热传导方 将一滴墨水滴进一 向性的实例，了解热力学 杯清水中， 不久整杯 第二定律，并能用热力学 水都均匀地变黑了. 第二定律解释第二类永动 这个过程的“逆过 机不能制造成功的原因. 程”是： 这杯均匀黑 2.能用热力学第二定律解 水中的小炭粒自发 释自然界中的能量转化、 地聚在一起， 成为一 转移及方向性问题. 滴墨水， 而其余部分 3.尝试运用热力学第二定 又变成清水. 律解决一些实际问题. 这个“逆过程”能实现吗？
物体传递到高温物体.(按照热传导的方向性来表述的). 单一热源 2．第二种表述(开尔文表述)：不可能从______________ 吸
做功 收热量并把它全部用来 ________ ，而不引起其他变化 .(按照机
械能与内能转化过程的方向性来表述的)
等价 的 . 热现象的宏 热力学第二定律的这两种表述是 ________ 方向性 观过程都具有________. 热现象 有关的自然过程都具有方向 3．自然界中一切与 ________
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物理
选修3-3
精彩回眸
1．“第一类永动机”不可能制成，是因为( A．不符合机械能守恒定律 B．违背了能的转化和守恒定律 C．做功产生的热不符合热功当量 )
D．找不到合适的材料和合理的设计方案
【答案】B
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物理
选修3-3
2．关于物体内能变化，以下说法正确的是( A．物体吸收热量，内能一定增大 B．物体对外做功，内能一定减少
无序 能是和分子的____________ 运动联系在一起的，机械能转化为 有序 内能的过程，从微观上来说，是大量分子的 ________ 运动朝 无序 运动的方向转换的过程，其相反方向的过程是大量分 ________ 无序 运动朝________ 有序 运动方向转换的过程. 子从________
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物理
选修3-3
知识梳理
一、热传导的方向性 1 ．两个温度不同的物体互相接触时，热量会自发地从 高温 物体传给________ 低温 物 低温 物体，但不会自发地从________ ________
方向性 的. 高温 物体.这说明：热传导过程是有________ 体传给________ 方向 2．热力学第二定律是一条反映自然界过程进行 ________ 条件 的规律. 和________
做功________ ，而不引起其他
变化的热机. (2) 第 二 类 永 动 机 不 可 能 制 成 原 因 是 它 违 背 了 热力学第二 ________________ 定律.
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三、热力学第二定律的表述
物理
选修3-3
自发地 从低温 1．第一种表述(克劳修斯表述)：热量不能________
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选修3-3
二、机械能和内能转化过程的方向性
方向 性，即机械能全 1．机械能和内能转化过程具有 ________ 自发 进行的，内能全部转化为 部转化为内能的过程是可以________ 自发 进行的，要将内能全部转化为 机械能的过程，是不能________
机械能，必然会引起其他影响. 2．第二类永动机 (1)定义
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选修3-3
4．一定质量的气体从外界吸收了4.2×105 J的热量，同时 气体对外做了6×105 J的功.问： (1)物体的内能是增加还是减少？变化量是多少？ (2)分子势能是增加还是减少？ (3)分子的平均动能是增加还是减少？
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选修3-3
【解析】(1) 因为气体从外界吸热 ，所以 Q ＝＋ 4.2×105 J，又因气体对外做功，所以W＝－6×105 J. 由热力学第一定律ΔU＝W＋Q， 有ΔU＝W＋Q ＝－6×105 J＋4.2×105 J ＝－1.8×105 J.
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选修3-3
思考：热传导的方向性能否简单理解为“热量不会从低温 物体传给高温物体”？ 【答案】 不能 .“自发地”是指没有第三者影响，例如空 调、冰箱等制冷机就是把热量从低温物体传到了高温物体，但 是也产生了影响，即外界做了功.
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选修3-3
四、热力学第二定律的微观实质 有序 运动联系在一起的，内 1．做功是与分子群体的 ________
D．W＝8.0×104 J
Q＝－4×104 J 【答案】B
ΔU＝－1.2×105 J
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选修3-3
【解析】根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可以解决此题， 注意Q代表气体吸收外界的热量，对外放热取负号，W表示外 界对气体做功，气体对外界做功取负号， ΔU是正值表示内能 增加，负值表示内能减小，故选项B是正确的.
)
C．物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变 D．物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变 【答案】C
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选修3-3
【解析】根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，物体内能的变 化与外界对物体做功(或物体对外界做功)、物体从外界吸热(或 向外界放热)两种因素有关 .物体吸收热量，但有可能同时对外 做功，故内能有可能不变甚至减小，故A错误.同理，物体对外 做功的同时有可能吸热，故内能不一定减少，B错误.若物体吸 收的热量与对外做的功相等，则内能可能不变，C正确，而放
热与对外做功都会使物体内能减少，故D错误.
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选修3-3
3．一定质量的气体在某一过程中，外界对气体做功 8.0×104 J，气体内能减少1.2×105 J，传递热量为Q，则下列 各式正确的是( ) ΔU＝1.2×105 J ΔU＝－1.2×105 J ΔU＝1.2×105 J Q＝2×105 J Q＝4×104 J A．W＝8.0×104 J B．W＝8.0×104 J Q＝－2×105 J C．W＝－8.0×104 J
ΔU为负，说明气体的内能减少了1.8×105 J.
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(2) 因为气体对外做功，所以气体的体积膨胀，分子间的 距离增大了，分子力做负功，气体分子势能增加. (3) 因为气体内能减少了，同时气体分子势能增加，说明 气体分子的平均动能减少了. 【答案】(1)减少 1.8×105 J (2)增加 (3)减少
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第四节 热力学第二定律
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选修3-3
学 习 目 标 思 维 启 迪 1.通过自然界中热传导方 将一滴墨水滴进一 向性的实例，了解热力学 杯清水中， 不久整杯 第二定律，并能用热力学 水都均匀地变黑了. 第二定律解释第二类永动 这个过程的“逆过 机不能制造成功的原因. 程”是： 这杯均匀黑 2.能用热力学第二定律解 水中的小炭粒自发 释自然界中的能量转化、 地聚在一起， 成为一 转移及方向性问题. 滴墨水， 而其余部分 3.尝试运用热力学第二定 又变成清水. 律解决一些实际问题. 这个“逆过程”能实现吗？
物体传递到高温物体.(按照热传导的方向性来表述的). 单一热源 2．第二种表述(开尔文表述)：不可能从______________ 吸
做功 收热量并把它全部用来 ________ ，而不引起其他变化 .(按照机
械能与内能转化过程的方向性来表述的)
等价 的 . 热现象的宏 热力学第二定律的这两种表述是 ________ 方向性 观过程都具有________. 热现象 有关的自然过程都具有方向 3．自然界中一切与 ________
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选修3-3
精彩回眸
1．“第一类永动机”不可能制成，是因为( A．不符合机械能守恒定律 B．违背了能的转化和守恒定律 C．做功产生的热不符合热功当量 )
D．找不到合适的材料和合理的设计方案
【答案】B
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选修3-3
2．关于物体内能变化，以下说法正确的是( A．物体吸收热量，内能一定增大 B．物体对外做功，内能一定减少
无序 能是和分子的____________ 运动联系在一起的，机械能转化为 有序 内能的过程，从微观上来说，是大量分子的 ________ 运动朝 无序 运动的方向转换的过程，其相反方向的过程是大量分 ________ 无序 运动朝________ 有序 运动方向转换的过程. 子从________
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知识梳理
一、热传导的方向性 1 ．两个温度不同的物体互相接触时，热量会自发地从 高温 物体传给________ 低温 物 低温 物体，但不会自发地从________ ________
方向性 的. 高温 物体.这说明：热传导过程是有________ 体传给________ 方向 2．热力学第二定律是一条反映自然界过程进行 ________ 条件 的规律. 和________
做功________ ，而不引起其他
变化的热机. (2) 第 二 类 永 动 机 不 可 能 制 成 原 因 是 它 违 背 了 热力学第二 ________________ 定律.
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三、热力学第二定律的表述
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自发地 从低温 1．第一种表述(克劳修斯表述)：热量不能________
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二、机械能和内能转化过程的方向性
方向 性，即机械能全 1．机械能和内能转化过程具有 ________ 自发 进行的，内能全部转化为 部转化为内能的过程是可以________ 自发 进行的，要将内能全部转化为 机械能的过程，是不能________
机械能，必然会引起其他影响. 2．第二类永动机 (1)定义
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4．一定质量的气体从外界吸收了4.2×105 J的热量，同时 气体对外做了6×105 J的功.问： (1)物体的内能是增加还是减少？变化量是多少？ (2)分子势能是增加还是减少？ (3)分子的平均动能是增加还是减少？
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【解析】(1) 因为气体从外界吸热 ，所以 Q ＝＋ 4.2×105 J，又因气体对外做功，所以W＝－6×105 J. 由热力学第一定律ΔU＝W＋Q， 有ΔU＝W＋Q ＝－6×105 J＋4.2×105 J ＝－1.8×105 J.