高二物理热力学第二定律 知识精讲 粤教版.doc

高二物理热力学第二定律 知识精讲 粤教版 【本讲教育信息】 一. 教学内容： 1. 热力学第二定律 2. 热力学第二定律的微观解释 3. 能源和可持续发展 二. 知识归纳、总结： （一）热力学第二定律 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。 （2）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Q1，推动活塞做功W，然后向冷凝器释放热量Q2。 由能量守恒定律可得： Q1=W+Q2 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η表示，即η= 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。 （二）热力学第二定律的微观解释 1. 有序和无序 有序：只要确定了某种规则，符合这个规则的就叫做有序。 无序：不符合某种确定规则的称为无序。 无序意味着各处都一样，平均、没有差别，有序则相反。 有序和无序是相对的。 2. 宏观态和微观态 宏观态：符合某种规定、规则的状态，叫做热力学系统的宏观态。 微观态：在宏观状态下，符合另外的规定、规则的状态叫做这个宏观态的微观态。 系统的宏观态所对应的微观态的多少表现为宏观态无序程度的大小。如果一个“宏观态”对应的“微观态”比较多，就说这个“宏观态”是比较无序的，同时也决定了宏观过程的方向性——从有序到无序。 3. 热力学第二定律的微观意义 一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。 4. 熵和系统内能一样都是一个状态函数，仅由系统的状态决定。从分子运动论的观点来看，熵是分子热运动无序（ 混乱）程度的定量量度。 一个系统的熵是随着系统状态的变化而变化的。在自然过程中，系统的熵是增加的。 在绝热过程或孤立系统中，熵是增加的，叫做熵增加原理。对于其它情况，系统的熵可能增加，也可能减小。 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，而熵值较大代表着较为无序，所以自发的宏观过程总是向无序程度更大的方向发展。 （三）能源和可持续发展 1. 能量耗散：系统的内能流散到周围环境中，没有办法把这些内能收集起来加以利用，这种现象叫做能量耗散。 2. 品质降低：能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式叫品质降低。 能量在利用过程中，总是由高品质的能量最终转化为低品质的内能。 3. 能源：能源是指能够提供可利用能量的物质，它是现代社会生活的重要物质基础。 常规能源：指已被广泛应用的能源，如煤、石油、天然气、水力等。 4. 能源危机与环境污染 （1）近一百年，地球人口由16亿增加到目前的50亿，净增了2倍多，而能源消耗据统计却增加了16倍。按目前的消耗量，专家预测石油、天然气最多只能维持半个世纪，煤炭尚可维持一二百年。 （2）能源利用的过程也直接污染着地球环境 ①温室效应：化石燃料燃烧放出的大量二氧化碳，使大气中二氧化碳的含量大量增高，导致“温室效应”，造成地面温度上升，两极的冰雪融化，海平面上升，淹没沿海地区等不良影响。 ②酸雨污染：排放到大气中的大量二氧化硫和氮氧化物等在降水过程中溶入雨水，使其形成酸雨，酸雨进入地表、江河，破坏土壤，影响农作物生长，使生物死亡，破坏生态平衡。同时腐蚀建筑结构、工业装备、动力和通讯设备等，还直接危害人类健康。 ③臭氧层的破坏：臭氧层的存在对吸收紫外线方面起着举足轻重的作用，一旦臭氧层遭到破坏，对生物有害的紫外线会毫无遮拦地照射到地面上，会提高皮肤癌和白内障的发病率，也会影响我们的免疫系统。同时对不同生态系统中生物的生长、发育、繁殖、分布和生物地球化学循环都会造成一系列危害。 5. 新能源的开发 （1）新能源：指目前尚未被人类大规模利用而有待进一步研究、开发和利用的能源，如核能、太阳能、风能、地热能、海洋能、氢能等。 （2）无穷无尽的太阳能：太阳以其巨大的、无穷无尽的辐射能形式提供地球最清洁的能源。 ①数量巨大：太阳辐射功率为3.