第4节热力学第二定律

第4节热力学第二定律

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1. 了解热传导过程的方向性。

2. 了解热力学第二定律的两种不同表述，以及这两种表述的物理实质。

3. 了解什么是第二类永动机。

4. 理解第二类永动机不可能制成。

诱思导学

1. 可逆与不可逆过程

（1）•热传导的方向性

热传导的过程可以自发地由高温物体向低温物体进行，但相反方向却不能自发地进行，即热传导具 有方向

性，是一个不可逆过程。 高温物体

热量Q 能自发传给

低温物体 热量Q 不能自发传给

⑵.说明：

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，热量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•热力学第二定律的两种表述

① .克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传递到高温物体。

② •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。

3•热机

热机是把内能转化为机械能的装置。其原理是热机从热源吸收热量 凝器释放热量Q 2。

由能量守恒定律可得：

Q i =W+Q 2

我们把热机做的功和它从热源吸收的热量的比值叫做热机效率，用 4•第二类永动机

① •设想：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，表示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；机械能和内能的转化过程具有方向性。

典例探究

例1下列所述过程是可逆的，还是不可逆的？

A. 气缸与活塞的组合内装有气体，当活塞上没有外加压力，活塞与气缸间没有摩擦，气体缓慢地膨 胀时； Q 1，推动活塞做功 W ，然后向冷

r 表示，即n=

B.上述装置，当活塞上没有外加压力，活塞与气缸上摩擦很大，使气体缓慢地膨胀时；

C.上述装置，没有摩擦，但调整外加压力，使气体能缓慢地膨胀时；

D.在一绝热容器内盛有液体，不停地搅动它，使它温度升高；

E.在一传热容器内盛有液体，容器放在一恒温的大水池内，液体不停地搅动，可保持温度不变；

F.在一绝热容器内，不同温度的液体进行混合；

G.在一绝热容器内，不同温度的氦气进行混合；

解析：A.发生自由膨胀，则是不可逆的；

B.有摩擦发生，也是不可逆的；

C.是准静态无摩擦的膨胀，则为可逆过程。

D.这是做功变为热的过程，一定不可逆。

E.此过程中既有功变热”又有热传导”，也是不可逆过程。

F.液体的扩散是不可逆过程。

G.有一定温度差的热传导是不可逆过程。

友情提示：注意分析可逆与不可逆满足的条件。

例2

一种冷暖两用型空调，铭牌标注：输入功率1kW，制冷能力1.2 >104kJ/h，制热能力1.3 >104kJ/h。这样，该空调在制热时，每消耗1J电能，将放岀3J多热量。是指标错误还是能量不守恒？

解析：都不是。空调制冷、制热靠压缩机做功，从室内（室外）吸收热量放到室外（室内）。在制热时，放岀的热量等于消耗的电能与从室外吸收的热量之和，完全可以大于电能消耗。这既不违背热力学第一定律，也不违背热力学第二定律。

友情提示：本题注重考查对热力学第一定律，热力学第二定律的理解。

课后问题与练习点击

1.解：汽油燃烧时释放的化学能有的由于漏气而散失；有的使汽车的机体温度上升，然后又通过机体散失了；转化为机械能的那部分还要用于克服机械摩擦转化为内能。

2.解答：A B不能发生；C D能发生。C不违背热力学第二定律，D违背热力学第二定律。

3•解：他还要知道水的比热c,水的密度p煤气的燃烧值q,煤气的密度p,' c表示比热，单位是J/kg °C；表示水的密度，单位是kg/m3；V表示水的体积，单位是m3; &表示温度的变化，单位是C；q表示煤气的燃烧值，单位是J/kg;煤气的密度P,单位是kg /m3；烧水前后煤气的体积 V T V2

C吋&

烧水的效率

qP'M-

基础训练

1.下列关于能量转化的说法中，正确的是（）

A.机械能可以转化为内能，但内能不能转化为机械能

B.机械能可以转化为内能，内能也能转化为机械能

C.机械能不可以转化为内能，但内能可以转化为机械能

D.机械能可以转化为内能，但内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化

2.关于第二类永动机，下列说法正确的是（）

A.它既不违反热力学第一定律，也不违反热力学第二定律

B.它既违反了热力学第一定律，也违反了热力学第二定律

C.它不违反热力学第一定律，只违反热力学第二定律

D.它只违反热力学第一定律，不违反热力学第二定律

3.下列关于热机的说法中，正确的是（）

A.热机是把内能转化成机械能的装置

B热机是把机械能转化为内能的装置.

C.只要对内燃机不断进行革新，它可以把气体的内能全部转化为机械能

D.即使没有漏气，也没有摩擦等能量损失，内燃机也不能把内能全部转化为机械能

4.下列说法中正确的是（）

A.—切涉及热现象的宏观过程都具有方向性

B.—切不违背能量守恒与转化定律的物理过程都是可以实现的

C.由热力学第二定律可以判断物理过程能否自发进行

D.—切物理过程都不可能自发地进行

5.第二类永动机不可能制造岀来的原因是因其工作原理违背（）

A.热力学第一定律

B.能的转化与守恒定律

C.热力学第二定律

D.上述三个定律

6•热量会自发地从_______ 物体传到_________ 物体，而不能自发地从_____________ 物体传到________ 物体，这就是热传导的____________ 性。

7.设想有这样一种热机，它没有冷凝器，只有第一热源，它从第一热源吸收的热量全部用来做功，

而不引起其它变化，设想中的这种热机叫_________ ，它________ 制成（填能”或不能”

多维链接

1•自然界中，所有的宏观自发过程都具有单向性

在整个自然界中，无论有生命的或无生命的，所有的宏观自发过程都具有单向性，都有一定的方向

性，都是一种不可逆过程。如河水向下流，重物向下落，山岳被侵蚀，房屋衰朽倒塌，人的一生从婴儿到老年到死亡等等。

2.电冰箱与空调是让热”由低温环境传递到高温环境。这是不是自发进行的？说明理由。

提示：不是自发进行的。这一过程是通过电流做功来实现的。因此热”不能自发地从低温物体传给

高温物体，而不引起其他变化。

3.课本P73思考与讨论”

提示：

这是因为宏观自然过程都具有一定的方向性，所以第二类永动机虽然不违背能量守恒定律，但它不会自然而然地发生，是不可能制成的。