鲁科版选修3-3-5.3-热力学第二定律-学案.docVIP

第3节热力学第二定律学案

学习目标：

1.知道热传导及宏观过程的方向性．

2.知道热力学第二定律的多种表述，并用热力学第二定律解释第二类永动机不可能制成的原因．

根底知识：

一、自然过程的方向性

(1)可逆过程和不可逆过程

①可逆过程：能使系统和外界完全复原，即系统回到原的状态，同时消除原过程对外界的一切影响，那么原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和外界完全复原，那么原的过程称为不可逆过程．

(2)热传递的方向性

温度不同的两个物体接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，但不会自发地从低温物体传给高温物体．这说明热传递是不可逆过程，具有方向性．

(3)功转变为热的方向性

在焦耳的叶轮搅水实验中，重物下落使水温上升，是机械能转化为内能的过程；与此相反过程，即水温自动降低，产生水流，推动叶片转动，带动重物上升的过程是不可能发生的，尽管它不违背热力学第一定律．可见功转变为热这一热现象是不可逆的，具有方向性．

(4)热转变为功的方向性

①热机：消耗内能对外做功的装置．

②原理：热机必须工作在两个温度不同的热之间，通过工作物质，将从高温热吸收的热量，一局部用对外做功，另一局部完全损耗掉，损耗的热量不可能再自动地收集起．所以热转变为功这一热现象也是不可逆的，具有方向性．

(5)结论

但凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性．

二、热力学第二定律的表述

(1)第一种表述(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．(说明热传导的方向性)

(2)第二种表述(开尔文表述)

不可能从单一热吸取热量，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)

热力学第二定律的这两种表述是等价的．热现象的宏观过程是不可逆的．

(3)第二类永动机

①定义

从单一热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第二类永动机不可能制成

第二类永动机并不违背热力学第一定律，但违背了热力学第二定律．

③热力学第二定律的又一表述

第二类永动机是不可能制成的．

重难点理解：

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．对两种表述的理解

(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)开尔文表述说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。

3．热力学第二定律的普遍性

热力学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。

典例1、根据热力学第二定律，以下说法中正确的选项是()

A．电流的电能不可能全部转变成内能

B．在火力发电中，燃气的内能不可能全部转变为电能

C．在热机中，燃气的内能不可能全部转变为机械能

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】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．【答案】BCD

典例2、根据热力学第二定律，可知以下说法中正确的有〔〕

a.热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体

b.热量能够从高温物体传到低温物体，也可能从低温物体传到高温物体

c.机械能可以全部转化为内能，但内能不可能全部转化为机械能

d.机械能可以全部转化为内能，热量也可能全部转化为机械能

解析：根据热传递规律可知热量不可能自发地从低温物体传到高温物体．但在一定条件下，热量也可以从低温物体传到高温物体，例如电冰箱等就是这样的装置．因此选项B是正确的．

稳固练习：

1.以下说法中，正确的选项是()

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.一切形式的能量间的相互转化都不具有方向性

2.第二类永动机不可能制造出来的原因是其工作原理违背了〔〕

A.热力学第一