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1、第3、4节 热力学第二定律_熵无序程度的量度 1.凡是与热现象有关的宏观过程都具有方向性。2热力学第二定律有两种表述，克劳修斯表述：“不可能使热量从低温物体传向高温物体而不引起其他变化”，开尔文表述：“不可能从单一热源吸收热量，使之完全变为有用功而不引起其他变化”；第二类永动机违背热力学第二定律，不可能制成。3用来量度系统无序程度的物理量叫熵，在孤立系统中，一切不可逆过程必然朝着熵增加的方向进行。自然过程的方向性自读教材抓基础1可逆过程和不可逆过程(1)可逆过程：一个系统由某一状态出发，经过某一过程到达另一状态，如果存在另一过程，它能使系统和外界完全复原，即系统回到原来的状态，同时消除原来过程
2、对外界的一切影响，则原来的过程称为可逆过程。(2)不可逆过程：如果用任何方法都不能使系统与外界完全复原，则原来的过程称为不可逆过程。2热传导的方向性(1)热量可以自发地由高温物体传给低温物体，或者由物体的高温部分传给低温部分。(2)热量不能自发地由低温物体传给高温物体。(3)热传递是不可逆过程，具有方向性。3功和热相互转变的方向性(1)功转变为热这一热现象是不可逆的，具有方向性。(2)热转变为功这一热现象也是不可逆的，具有方向性。4结论凡是与热现象有关的宏观过程都具有方向性。跟随名师解疑难1热传导的方向性(1)“自发地”是指没有任何外界的影响或帮助。如重物下落、植物的开花结果等都是自然界客观存
3、在的一些过程。(2)热量从高温物体传给低温物体，是因为两者之间存在着温度差，而不是热量从内能多的物体传给内能少的物体。由内能的定义可知，温度低的物体有可能比温度高的物体内能大。2热机的原理及效率(1)定义：热机就是消耗内能对外做功的一种装置。(2)原理：热机从热源吸收热量Q1，推动活塞做功W，然后向冷凝器释放能量Q2。(3)效率：由能量守恒定律知Q1WQ2，我们把热机做功W和它从热源吸收的热量Q1的比值叫做热机效率，用表示，即100%。学后自检(小试身手)关于热传递的方向性，下列说法正确的是()A热量能自发地由高温物体传给低温物体B热量能自发地由低温物体传给高温物体C任何条件下，热量都可以从低
4、温物体传给高温物体D热量一定不可能从低温物体传给高温物体解析：选A在有外力做功的情况下，热量可以从低温物体传递给高温物体，而热量只能自发地从高温物体传给低温物体。热力学第二定律的表述自读教材抓基础1克劳修斯表述不可能使热量从低温物体传向高温物体而不引起其他变化。(说明热传导的方向性)2开尔文表述不可能从单一热源吸收热量，使之完全变为有用功而不引起其他变化。(说明机械能与内能转化的方向性)3第二类永动机不可能制成(1)第二类永动机是指人们设想的从单一热源吸取热量并使之完全转化为功而不产生其他影响的机器。(2)热力学第二定律也可以表述为：第二类永动机是不可能制成的。跟随名师解疑难1对两种表述的理解
5、(1)热力学第二定律的两种表述看上去似乎没有什么联系，然而实际上它们是等价的，即由其中一个，可以推导出另一个。(2)“不引起其他变化”是指使热量从低温物体传递到高温物体时外界不消耗任何功或从单一热源吸收热量全部用来做功而外界及系统都不发生任何变化。(3)克劳修斯表述是说热量不能自动地从低温物体转移到高温物体。如果外界消耗一定量的功，把热量从低温物体转移到高温物体是完全可能的，如电冰箱和空调机的制冷过程。(4)开尔文表述表明了在引起其他变化或产生其他影响的条件下，热量能够完全转化为功，如理想气体的等温自由膨胀，内能不变，吸收的热量全部转化为功，但却引起了体积的膨胀。2热力学第二定律的普遍性热力学
6、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，进而使人们认识到自然界中一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性，都是不可逆的。3热力学第二定律的推广对任何一类宏观自然过程进行方向的说明，都可以作为热力学第二定律的表述。例如，在图531中，盒子中间有一个挡板，左室为真空，右室有气体。撤去挡板后，右室的气体自发向左室扩散，而相反的过程不可能自发地进行。因此，热力学第二定律也可以表述为：气体向真空的自由膨胀是不可逆的。图531学后自检(小试身手)下列说法中，正确的是()A一切形式的能量间的相互转化都具有方向性B热量不可能由低温物体传给高温物体C气体的扩散过程具有方向性D. 一切形式的能量
7、间的相互转化都不具有方向性解析：选C与热现象有关的宏观过程具有方向性，A、D错；热量可以由低温物体传给高温物体，但必须有外界影响，B错；气体的扩散过程是单一方向的，即不可逆过程，C正确。熵和熵增加原理自读教材抓基础1热力学第二定律的微观本质一切不可逆过程总是沿着大量分子热运动无序程度增大的方向进行。2熵用来量度系统无序程度的物理量叫做熵。3熵增加原理在孤立系统中，一切不可逆过程必然朝着熵增加的方向进行。4孤立系统与外界既没有物质交换也没有能量交换的系统。跟随名师解疑难1对熵的理解(1)熵是反映系统无序程度的物理量，系统越混乱，无序程度越大，这个系统的熵就越大。(2)在任何自然过程中，一个孤立系
8、统的总熵不会减小，如果过程可逆，则熵不变；如果过程不可逆，则熵增加。2对熵增加原理的理解(1)对于孤立的热力学系统而言，所发生的是由非平衡态向着平衡态的变化过程，因此，总是朝着熵增加的方向进行。或者说，一个孤立系统的熵永远不会减小。这就是熵增加原理。(2)从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律，一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，熵值越大代表着越无序，所以自发的宏观过程总是向无序程度更大的方向发展。特别提醒熵增加原理是判断不同状态的物体不可逆过程进行方向的共同标准。学后自检(小试身手)下列关于熵的说法错误的是()A熵是系统内分子运动无序性的量度B在自然过程中熵总是增加的C热力学
9、第二定律也叫做熵减小原理D熵值越大表示系统越无序解析：选C根据熵的定义知A正确；从熵的意义上说，系统自发变化时总是向着熵增加的方向发展，B正确；热力学第二定律也叫熵增加原理，C错；熵越大，系统越混乱，无序程度越大，D正确。故选C。对热力学第二定律的考查典题例析1下列说法中正确的是()A机械能全部转化为内能是不可能的B第二类永动机不可能制造成功的原因是因为能量既不会消失，也不会创生，只能从一个物体转移到另一个物体，或从一种形式转化为另一种形式C根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体D从单一热源吸收的热量全部变为功是可能的思路点拨解此题的关键有两点：(1)热力学第二定律的两种描述
10、。(2)第二类永动机制不成的原因。解析：机械能可以全部转化为内能，故A错误；第二类永动机不可能制造成功是因为它违背了热力学第二定律，故B错误；热量不能自发地从低温物体传到高温物体，但如果不是自发地，是可以进行的，故C错误；从单一热源吸收的热量全部用来做功而不引起其他变化，是不可能的，但如果是从单一热源吸收的热量全部变为功的同时也引起了其他的变化，是可能的，故D正确。答案：D探规寻律(1)在引起其他影响的情况下，热量可以从低温物体传到高温物体，如空调、冰箱等。(2)分析热力学第二定律的应用问题时都不能忽视“自发性”和“不引起其他变化”的物理意义。跟踪演练根据热力学第二定律，下列说法中错误的是()
11、A电流的电能不可能全部变成内能B在火力发电中，燃气的内能不可能全部变为电能C在热机中，燃气的内能不可能全部变为机械能D在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体解析：选A电能可以全部转化为内能，如纯电阻电路，而燃气的内能不可能全部转化为电能和机械能，故A错误，B、C正确。根据热力学第二定律关于热传导的描述，D正确。对熵和熵增加原理的考查典题例析2(多选)足球运动员在比赛中摔倒造成粉碎性骨折，关于这一过程下列说法正确的是()A此过程是一个可逆过程B此过程是一个不可逆过程C此过程中熵增加D此过程中熵减少思路点拨熵是反映系统的无序程度的物理量，根据熵增加原理，一个孤立系统熵永远不会减小。熵
12、越大，无序程度越大。解析：由于完好的骨头形状确定，故完好的骨头所处的宏观态对应的微观态较少，熵小，较为有序。发生粉碎性骨折后，其所处的宏观态对应的微观态较多，熵大，较为无序，故在这一过程中熵增加，且此过程不可逆。答案：BC探规寻律(1)必须知道一切不可逆过程都朝熵增加的方向进行。(2)每一个不可逆过程都会导致熵的增加。例如：平时常见的热传递、扩散、功转变成热、煤的燃烧、铁在空气中氧化等一切自发的过程，都会使熵增加。跟踪演练对于孤立体系中发生的实际过程，下列说法中正确的是()A系统的总熵只能减小，不可能增加B系统的总熵可能增大，可能不变，还可能减小C系统逐渐从比较有序的状态向更无序的状态发展D系
13、统逐渐从比较无序的状态向更加有序的状态发展解析：选C根据熵增加原理，一个孤立系统发生的实际过程，总熵只能增大，A、B错误；再根据熵的物理意义，它量度系统的无序程度，熵越大，无序程度越大，故C正确，D错误。课堂双基落实1第二类永动机不可以制成，是因为()A违背了热力学第一定律B热量总是从高温物体传递到低温物体C机械能不可能全部转变为内能D内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化解析：选D第二类永动机设想虽然符合热力学第一定律，但是违背了能量转化中有些过程是不可逆的规律，所以不可能制成，故选D。 2.(多选)下列关于热力学第二定律微观意义的说法正确的是()A从微观的角度看，热力学第二定律是一个
14、统计规律B一切自然过程总是沿着分子热运动无序性减小的方向进行C有的自然过程沿着分子热运动无序性增大的方向进行，有的自然过程沿着分子热运动无序性减小的方向进行D在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小解析：选AD从热力学第二定律的微观本质看，一切不可逆过程总是沿着大量分子热运动无序程度增大的方向进行，我们知道热力学第二定律是一个统计规律，A对。任何自然过程总是朝着无序程度增大的方向进行，也就是熵增加的方向进行，则D对。 3.下列说法中正确的有()A第二类永动机和第一类永动机一样，都违背了能量守恒定律，因此不可能制成B根据能量守恒定律，经过不断地技术改造，热机的效率可以达到100%C因为能量守恒，所以“能源危机”是不可能真正出现的D自然界中的能量是守恒的，但有的能量便于利用，有的不便于利用，因此要节约能源解析：选D第一类永动机违背了热力学第一定律，第二类永动机违背了热力学第二定律，A错；热机的效率永远小于100%，因为要向低温热源散热，B错；虽然能量守恒，但可利用的能量越来越少，因此要节约能源，C错D正确。 4.(1)在物理学中，反映自然过程方向性的定律是_
