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1、热力学第二定律一、一、学习目标学习目标:1.了解热传导过程的方向性。了解热传导过程的方向性。2.了解什么是第二类永动机，为什么第二类了解什么是第二类永动机，为什么第二类永动机不可能制成。永动机不可能制成。3.了解热力学第二定律的两种不同的表述，了解热力学第二定律的两种不同的表述，以及这两种表述的物理实质。以及这两种表述的物理实质。二、重点和难点：二、重点和难点：重点：热力学第二定律的物理实质和两种重点：热力学第二定律的物理实质和两种常见的表述常见的表述难点：两类永动机的区别，第二类永动机难点：两类永动机的区别，第二类永动机不可能制成的原因不可能制成的原因三、教学过程：三、教学过程：引入新课：引
2、入新课：任何物体都具有内能，在地球上贮存量十分任何物体都具有内能，在地球上贮存量十分丰富的海水总质量约达丰富的海水总质量约达1.41018吨，它的温吨，它的温度只要降低度只要降低1oC，就能释放相当于，就能释放相当于1800万个万个功率为功率为100万千瓦的核电站一年的发电量，万千瓦的核电站一年的发电量，足够全世界使用足够全世界使用4000年。而人类都不能利年。而人类都不能利用这种用这种“新能源新能源”，究其原因，是因为涉及，究其原因，是因为涉及物理学的一个基本定律物理学的一个基本定律热力学第二定律热力学第二定律新课教学：新课教学：(一一)、热传导的方向性、热传导的方向性1实例：热量会自动地从
3、高温物体传给低实例：热量会自动地从高温物体传给低温度物体。温度物体。2热传导的过程具有方向性热传导的过程具有方向性3自然界中进行的涉及热现象的宏观过程自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。都具有方向性。1实例：热量会自动地从高温物体传给低实例：热量会自动地从高温物体传给低温度物体。温度物体。注意注意这里所说这里所说“自发地自发地”是指没有任何外是指没有任何外界的影响或帮助，电冰箱工作时能将冰箱界的影响或帮助，电冰箱工作时能将冰箱内内(温度较低温度较低)的热量，传给外界空气的热量，传给外界空气(温度温度较高较高)，是因为电冰箱消耗了电能，对制冷，是因为电冰箱消耗了电能，对制冷系统做了功
4、。系统做了功。2热传导的过程具有方向性热传导的过程具有方向性热传导的过程可以向一个方向自发地进行热传导的过程可以向一个方向自发地进行(热量从高温物体自发地传给低温物体热量从高温物体自发地传给低温物体)；但；但向相反的方向不会自发地产生向相反的方向不会自发地产生(热量不会自热量不会自发地从低温物体传给高温物体发地从低温物体传给高温物体)，只有借助，只有借助外界的帮助才能进行。外界的帮助才能进行。热机：是一种把热机：是一种把内能内能转化为转化为机械能机械能的装置。的装置。热机热机效率：效率： 由能量守恒定律知道由能量守恒定律知道 Q1 = W +Q2 热机的效率热机的效率内燃机内燃机原理：燃料燃烧
5、产生热量原理：燃料燃烧产生热量 Q1（高温热库）（高温热库）推动活塞对外做功推动活塞对外做功 W排出废气向外界（低温热库）放热排出废气向外界（低温热库）放热 Q2高温热库高温热库低温热库低温热库Q1Q2对外做功对外做功热机W热机的效率小于热机的效率小于100%，就不可能把从，就不可能把从高温热源吸收的热量全部转化为机械能，高温热源吸收的热量全部转化为机械能，总有一部分热量散发到冷凝器中。总有一部分热量散发到冷凝器中。（二）机械能与内能转化的方向性（二）机械能与内能转化的方向性(二二)第二类永动机第二类永动机1第二类永动机：人们把想象中能够从单第二类永动机：人们把想象中能够从单一热源吸收热量，全
6、部用来做功而不引起一热源吸收热量，全部用来做功而不引起其他变化的热机叫做第二类永动机。其他变化的热机叫做第二类永动机。2第二类永动机不可能制成第二类永动机不可能制成表示机械能和内能的转化过程具有方向性表示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，同时不引起其却不能全部转化成机械能，同时不引起其他变化他变化 3第一类永动机和第二类永动机第一类永动机和第二类永动机它们都不可能制成，第一类永动机的设想它们都不可能制成，第一类永动机的设想违反了能量守恒定律；第二类永动机的设违反了能量守恒定律；第二类永动机的设想虽不违反能
7、量守恒定律，但违背了跟热想虽不违反能量守恒定律，但违背了跟热现象相联系的宏观自然过程具有方向性的现象相联系的宏观自然过程具有方向性的规律。规律。三、热力学第二定律三、热力学第二定律三、热力学第二定律三、热力学第二定律 举例：两种不同的气体扩散可以自发地进入对方举例：两种不同的气体扩散可以自发地进入对方举例：两种不同的气体扩散可以自发地进入对方举例：两种不同的气体扩散可以自发地进入对方, ,最后成为最后成为最后成为最后成为一种均匀的混合气体一种均匀的混合气体一种均匀的混合气体一种均匀的混合气体思考思考思考思考: :如图所示如图所示如图所示如图所示, ,容器容器容器容器A A中装有气体中装有气体中
8、装有气体中装有气体, ,容器容器容器容器B B是真空是真空是真空是真空, ,打开阀门打开阀门打开阀门打开阀门K,K,容器容器容器容器A A中的气体会自发地向中的气体会自发地向中的气体会自发地向中的气体会自发地向B B中膨胀中膨胀中膨胀中膨胀, ,最后两个容器都充最后两个容器都充最后两个容器都充最后两个容器都充满气体满气体满气体满气体. .会会会会不会不会不会不会气体气体气体气体自发地自发地自发地自发地从容器从容器从容器从容器B B流向容器流向容器流向容器流向容器A,A,最后使容器最后使容器最后使容器最后使容器B B恢复成真空呢恢复成真空呢恢复成真空呢恢复成真空呢? ?大量自然现象说明大量自然现
9、象说明大量自然现象说明大量自然现象说明: :有些物理有些物理有些物理有些物理过程具有方向性过程具有方向性过程具有方向性过程具有方向性. .(三三)热力学第二定律热力学第二定律1热力学第二定律常见的两种表述：热力学第二定律常见的两种表述：(1)按热传递的方向性来表述：不可能使热按热传递的方向性来表述：不可能使热量从低温物体传到高温物体，而不引起其量从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化他变化-克劳修斯表述克劳修斯表述(2)按机械能与内能转化过程的方向性来表按机械能与内能转化过程的方向性来表述：不可能从单一热库吸收热量并把它全述：不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化部用来
10、做功，而不引起其他变化-开尔开尔文表述文表述2两种表述是等价的两种表述是等价的 可以从一种表述导出另一种表述，两种表可以从一种表述导出另一种表述，两种表述都称为热力学第二定律述都称为热力学第二定律3热力学第二定律的意义热力学第二定律的意义 提示了有大量分子参与的宏观过程的方向提示了有大量分子参与的宏观过程的方向性，是独立于热力学第一定律的一个重要性，是独立于热力学第一定律的一个重要自然规律自然规律五、例题分析：五、例题分析：例例1根据热力学第二定律，下列判断正确根据热力学第二定律，下列判断正确的是的是A. 电流的能不可能全部变为内能电流的能不可能全部变为内能B在火力发电机中，燃气的内能不可能全
11、在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变为电能部变为电能C热机中，燃气内能不可能全部变为机械热机中，燃气内能不可能全部变为机械能能D在热传导中，热量不可能自发地从低温在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温度物体物体传递给高温度物体解析解析根据热力学第二定律可知，凡与热现根据热力学第二定律可知，凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，电流的象有关的宏观过程都具有方向性，电流的能可全部变为内能能可全部变为内能(由电流热效应中的焦耳由电流热效应中的焦耳定律可知定律可知)，而内能不可能全部变成电流的，而内能不可能全部变成电流的能机械能可全部变为内能，而内能不可能机械能可全部变为内能，而内能不可能
12、全部变成机械能，在热传导中，热量只能全部变成机械能，在热传导中，热量只能自发地从高温物体传递给低温物体，而能自发地从高温物体传递给低温物体，而不能自发地从低温物体传递给高温物体，不能自发地从低温物体传递给高温物体，所以选项所以选项B、C、D正确正确例例2第二类永动机不可以制成，是第二类永动机不可以制成，是因为因为 A. 违背了能量的守恒定律违背了能量的守恒定律 B热量总是从高温物体传递到低温物热量总是从高温物体传递到低温物体体 C机械能不能全部转变为内能机械能不能全部转变为内能 D内能不能全部转化为机械能，同时内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化不引起其他变化解析解析第二类永动机设想虽
13、然符合能量第二类永动机设想虽然符合能量守恒定律，但是违背了能量转化中有守恒定律，但是违背了能量转化中有些过程是不可逆的规律。所以不可能些过程是不可逆的规律。所以不可能制成，选项制成，选项D正确正确例例3试对热力学第一定律和热力学第二定试对热力学第一定律和热力学第二定律做一简单的评析律做一简单的评析解析解析热力学第一定律和热力学第二定律是热力学第一定律和热力学第二定律是构成热力学知识的理论基础，前者对自然构成热力学知识的理论基础，前者对自然过程没有任何限制，只指出在任何热力学过程没有任何限制，只指出在任何热力学过程中能量不会有任何增加或损失，反映过程中能量不会有任何增加或损失，反映的是物体内能的
14、变化与热量、做功的定量的是物体内能的变化与热量、做功的定量关系；后者则是解决哪些过程可以自发地关系；后者则是解决哪些过程可以自发地发生，哪些过程必须借助于外界条件才能发生，哪些过程必须借助于外界条件才能进行。进行。六、小结六、小结 ：热力学第二定律有常见的热力学第二定律有常见的两种表述，提示了有大量两种表述，提示了有大量分子参与的宏观过程分子参与的宏观过程(即即与热现象有关的宏观过程与热现象有关的宏观过程)的方向性，第二类永动的方向性，第二类永动机不可能制成。机不可能制成。 七、 巩固练习1.下列哪些物理过程具有方向性下列哪些物理过程具有方向性A. 热传导过程热传导过程B机械能和内能的转化过程
15、机械能和内能的转化过程C气体的扩散过程气体的扩散过程D气体向真空中膨胀的过程。气体向真空中膨胀的过程。答案：答案：上题答案：A B C D2.热机是一种热机是一种_的装置，热机的装置，热机做的功和它从热源吸收热量的比值做的功和它从热源吸收热量的比值叫做热机的叫做热机的_答案：答案：2答案：把内能转化为机械能；效率答案：把内能转化为机械能；效率3.热力学第二定律使人们认识到，热力学第二定律使人们认识到，自然界中进行的涉及自然界中进行的涉及_现现象的宏观过程都具有象的宏观过程都具有_性，性，例如机械能可以例如机械能可以_转化为转化为内能，但内能内能，但内能_全部转化为全部转化为机械能，而不引起其他
16、变化机械能，而不引起其他变化3答案：热；方向；全部；不能。4.什么是第二类永动机什么是第二类永动机?为什么第二类永动机不可为什么第二类永动机不可能造成能造成?答：答：能够从单一热源吸收热量并把它全部用能够从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化的热机称为第来做功，而不引起其他变化的热机称为第二类永动机。第二类永动机不可能制成的二类永动机。第二类永动机不可能制成的原因是因为机械能和内能转化过程具有方原因是因为机械能和内能转化过程具有方向性，尽管机械能可以全部转化为内能，向性，尽管机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化为机械能，而不引但内能却不能全部转化为机械能，而不引起其他
17、变化。起其他变化。6.试述热力学第一定律和热力学第二试述热力学第一定律和热力学第二定律的区别与联系定律的区别与联系解答：热力学第一定律指出了在任何解答：热力学第一定律指出了在任何热力学过程中，能量不会有任何增减热力学过程中，能量不会有任何增减或损失，对自然过程也没有限制；而或损失，对自然过程也没有限制；而热力学第二定律是解决了哪些过程可热力学第二定律是解决了哪些过程可以发生。两个定律从不同角度揭示了以发生。两个定律从不同角度揭示了热力学过程中遵从的规律，既相互独热力学过程中遵从的规律，既相互独立，又相互补充，共同构成了热力学立，又相互补充，共同构成了热力学知识的理论基础知识的理论基础邢台家政公司 邢台家政公司 aekmnjyu
