高中物理 第5章 热力学定律 第3节 热力学第二定律知识导航素材 鲁科版选修3-3（通用）

高中物理 第5章 热力学定律 第3节 热力学第二定律知识导航素材 鲁科版选修3-3（通用）

第3节 热力学第二定律 ‎ 思维激活 ‎1.燃烧的火柴，将化学能转化为热能，没见过燃过的火柴再自动“回复”原状.‎ ‎2.两种不同的气体可以自发地进入对方，最后成为一种均匀的混合气体，但是绝不会发生相反的现象：一种均匀的混合气体会自发地分开，成为两种气体.‎ ‎3.荡来荡去的秋千，如果不能持续得到外加的能量，空气阻力及秋千受到的摩擦力就会使秋千逐渐减小摆动的幅度，直到最终停摆.绝没见过停摆的秋千又自动摆动起来.‎ ‎4.人们从生到死，没见过“返老还童”.‎ 不能实现这些相反的过程吗?‎ 提示：现实生活中，很多热现象都是不可逆的，气体的膨胀、扩散、有摩擦的机械运动……都有特定的方向性，这些过程可以自发地朝某个方向进行，例如热由高温物体传向低温物体，而相反的过程，即使不违背能量守恒定律，我们也从未见到它们会自发地进行.为了反映宏观自然过程的方向性，我们引入了热力学第二定律.‎ 自主整理 一、自然过程的方向性 ‎1.温度不同的两个物体接触时,热量会____________地从___________物体传给____________物体,但不会自发地从____________物体传给____________物体.这说明:热传导的过程具有____________.‎ ‎2.“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在的一些过程,它们不受外来干扰,这就是“自发”的过程.‎ ‎3.功转变为热这一热现象是____________的,具有____________.热转变为功这一热现象也是____________的,具有____________.‎ 二、热力学第二定律的表述 ‎1.在物理学中,反映宏观自然过程的____________的定律就是热力学第二定律.‎ ‎2.第一种表述(克劳修斯表述):热量不能____________‎ 从低温物体传到高温物体.(说明热传导的方向性).‎ ‎3.第二种表述(开尔文表述):不可能从____________吸收热量,使之完全变成功,而不产生其他影响.(说明功转变为热现象的宏观过程是不可逆的).‎ ‎4.第二类永动机 ‎(1)定义 只从__________吸收热量,使之完全变为有用的____________而不引起其他变化的热机.‎ ‎(2)第二类永动机不可能制成 虽然第二类永动机不违反____________________,大量的事实证明,在任何情况下,热机都不可能只有一个热源,热机要不断地把吸取的热量变为有用的功,就不可避免地将一部分热量传给低温热源.‎ 高手笔记 ‎1.热机的效率 热机是一种把内能转化为机械能的装置,并且热机做的功W和它从热源吸收的热量Q的比值叫做热机的效率,即η=.‎ ‎2.两类永动机的比较 ‎(1)第一类永动机:不消耗任何能量,却可以源源不断地对外做功.能量的转化和守恒定律的发现,使人类认识到第一类永动机是不可能制成的,它违背了能量的转化和守恒定律.‎ ‎(2)第二类永动机:有人想制成这样的热机,只有单一的热源而没有冷凝设备,它可以从这个单一热源吸收热量,并且可以全部用来做功,而不引起其他变化,这种人们假想中的热机称为第二类永动机.这类永动机虽然没有违反能量的转化和守恒定律,但是,同制造第一类永动机一样都失败了,其原因是机械能和内能的转化都有方向性,尽管机械能都可以全部转化为内能,但是内能却不能全部转化为机械能,而不引起其他变化,即第二类永动机违反了热力学第二定律.‎ 名师解惑 ‎1.热力学第二定律的意义 剖析：系统的热力学过程就是大量分子无序运动状态的变化过程.‎ ‎(1)从微观看,在功转化为热的过程中,自然过程是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化的过程,但其逆过程却不能自动地进行,即不可能由大量分子无规则的热运动自动转变为有序运动;热传递的过程中,自然过程是大量分子从无序程度小(即一部分热运动剧烈,另一部分运动迟缓的有序性)的运动状态向无序程度大的运动状态转化的过程,其逆过程不能自动进行.‎ ‎(2)揭示了自然界中进行的涉及热现象的宏观过程(或自然界中实际的宏观过程)都具有方向性.‎ 热现象是与大量分子的无规则运动相联系的,因此,自然界中存在的凡涉及与分子热运动有关的宏观过程都是有方向性的.‎ ‎(3)说明自然界中各种不可逆过程都是相关联的,即由某一过程的不可逆性可推出另一过程的不可逆性.‎ ‎2.第二类永动机不可能制成 剖析：这类机器虽然不违背能的转化与守恒定律,但因为机械能和内能的转化过程是具有方向性的,热机工作时从高温热源吸收的热量Q,只有一部分用来做功W,转变为机械能,另一部分热量要排放给低温热源,也就是说,热机在工作过程中必然排出部分热量,热机用于做机械功的热量仅是它从高温热源吸收热量的一部分,绝不会是全部.所以第二类永动机是不可能制成的.‎ 从上面的分析可知,即使没有任何漏气、摩擦、不必要的散热等损失,总有W

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