人教版選修熱力學第二定律ppt課件

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第十章《熱力學定律》,高中物理選修3－3,1,問題,熱力學第一定律告訴我們： 在一切熱力學過程中能量必須守恒。,,滿足能量守恒的過程是否都能實現(xiàn)呢？,22,思考與討論：P57,結(jié)論1. 熱量自動地由高溫物體向低溫物體傳遞的過程是不可逆的。,結(jié)論2. 擴散現(xiàn)象進行是有方向的,過程是不可逆的。,結(jié)論3. 功可以自動轉(zhuǎn)化為熱，但熱卻不能自動轉(zhuǎn)化為功。通過摩擦而使功轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬倪^程是不可逆的。,結(jié)論4. 氣體膨脹(絕熱自由膨脹)的過程是不可逆的。,一.自然過程的方向,結(jié)論：無數(shù)事實告訴我們：凡是實際的過程，只要涉及熱現(xiàn)象，如熱傳遞、氣體的膨脹、擴散、有摩擦的機械運動??都有特定方向。也就是說，一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是不可逆的。,3,克勞修斯表述指明熱傳導過程是不可逆的。,與之相應(yīng)的經(jīng)驗事實是，當兩個不同溫度的物體相互接觸時，熱量將由高溫物體向低溫物體傳遞，而不可能自發(fā)地由低溫物體傳到高溫物體。如果借助制冷機，當然可以把熱量由低溫傳遞到高溫，但要以外界作功為代價，也就是引起了其他變化。,（1）克勞修斯表述：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體.,二.熱力學第二定律,44,電冰箱的內(nèi)部溫度比外部溫度低，為什么致冷系統(tǒng)還能不斷地把箱內(nèi)熱量傳給外界的空氣？,電冰箱工作時違反熱力學第二定律嗎？,55,,,,,,,,,因為電冰箱消耗了電能，對制冷系統(tǒng)做了功，一旦切斷電源，電冰箱就不能把其內(nèi)部的熱量傳給外界的空氣了．相反，外界的熱量會自發(fā)地傳給電冰箱，使其溫度逐漸升高．,貯藏的食品,大氣,電冰箱制冷系統(tǒng),,做功,66,熱傳導的過程是有方向性的，這個過程可以向一個方向自發(fā)地進行，但是向相反的方向卻不能自發(fā)地進行。 要實現(xiàn)相反方向的過程，必須借助外界的幫助，因而產(chǎn)生其它影響或引起其它變化。,熱傳導的方向性,7,,,,,,,①熱機：是一種把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能的裝置。(汽油機、柴油機、蒸汽輪機、噴氣發(fā)動機等）,②原理：燃料燃燒產(chǎn)生熱量 Q1（高溫熱源）——燃料中化學能 轉(zhuǎn)化為工作物質(zhì)的內(nèi)能。,推動活塞對外做功 W——工作物質(zhì)內(nèi)能變成機械能,排出廢氣向外界（低溫熱源）放熱 Q2,機械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性的進一步討論,熱機能流圖,燃料產(chǎn)生的熱量Q,,輸出機械功W,漏氣熱損,散熱熱損,摩擦熱損,88,④效率：由能量守恒定律知道 Q1 = W +Q2 熱機的效率,,高溫熱庫,,低溫熱庫,Q1,Q2,,對外做功,W,熱機的效率小于100%，就不可能把從高溫熱源吸收的熱量全部轉(zhuǎn)化為機械能，總有一部分熱量散發(fā)到冷凝器或大氣中。,機械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性的進一步討論,③熱機工作時的能流分配,99,例如，利用熱機循環(huán)，吸熱可對外作出功來．但實際熱機的循環(huán)除了熱變功外，還必定有一定的熱量從高溫熱源傳給低溫熱源，即產(chǎn)生了其它效果 熱全部變?yōu)楣Φ倪^程也是有的，如，理想氣體等溫膨脹。但在這一過程中除了氣體從單一熱源吸熱完全變?yōu)楣ν?，還引起了其它變化，即過程結(jié)束時，氣體的體積增大了。,（2）開爾文表述：不可能從單一熱源吸取熱量，使之完全變成有用的功而不產(chǎn)生其他影響。,二.熱力學第二定律,開爾文表述揭示機械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化方向性——機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能無法全部用來做功以轉(zhuǎn)換成機械能,1010,定律的兩種表述,,,1111,1.兩種表述是等價的． 可以從一種表述導出另一種表述，兩種表述都稱為熱力學第二定律 2.對任何一類宏觀過程進行方向的說明，都可以作為熱力學第二定律的表述。 3.熱力學第二定律的意義 提示了有大量分子參與的宏觀過程的方向性，是獨立于熱力學第一定律的一個重要自然規(guī)律．,對熱力學第二定律的理解,1212,第二類永動機,任何物體都具有內(nèi)能，在地球上貯存量十分豐富的海水總質(zhì)量約達1.4×1018噸，它的溫度只要降低1℃，就能釋放相當于1800萬個功率為100萬千瓦的核電站一年的發(fā)電量，足夠全世界使用4000年。而人類都不能利用這種“新能源”，其原因是什么？ 是因為涉及物理學的一個基本定律——熱力學第二定律．,13,第二類永動機,1.第二類永動機：人們把想象中能夠從單一熱源吸收熱量，全部用來做功而不引起其他變化的熱機叫做第二類永動機。 2.第二類永動機不可能制成！表示機械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性．盡管機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能卻不能全部轉(zhuǎn)化成機械能，同時不引起其他變化． 3.第一類永動機和第二類永動機 它們都不可能制成，第一類永動機的設(shè)想違反了能量守恒定律；第二類永動機的設(shè)想雖不違反能量守恒定律，但違背了跟熱現(xiàn)象相聯(lián)系的宏觀自然過程具有方向性的規(guī)律（熱力學第二定律）。,熱力學第二定律的另一種表述就是：第二類永動機不可能制成。,14,小結(jié) ：,熱力學第二定律有常見的兩種表述，提示了有大量分子參與的宏觀過程(即與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程)的方向性，第二類永動機不可能制成。,1515,例1.下列說法正確的是 ( ) A．在自然條件下，熱傳遞的過程是不可逆的 B．熱量不可能由高溫物體傳遞給低溫物體 C．氣體的擴散過程具有方向性 D．一切形式能量轉(zhuǎn)化都不具有方向性,AC,1616,例2.根據(jù)熱力學第二定律，可知下列說法中正確的是（ ） A．不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其它變化 B．沒有冷凝器，只有單一的熱源，能將從單一熱源吸收的熱量全部用來做功，而不引起其它的變化的熱機是可實現(xiàn)的 C．致冷系統(tǒng)能將冰箱里的熱量傳給外界較高溫度的空氣中而不引起其它變化 D．不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其他變化,AD,1717,例3.根據(jù)熱力學定律和分子動理論，可知下列說法中正確的是（ ） A．我們可以利用高科技手段，將流散到周圍環(huán)境中的內(nèi)能重新收集起來加以利用而不引起其它變化 B．利用淺層海水和深層海水之間的溫度差制造一種熱機，將海水的一部分內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能，這在原理上是可行的 C．分子間的作用力總是隨分子間的距離增大而減小 D．溫度升高時，物體中每個分子的運動速率都將增大,B,1818,