第四节 热力学第二定律

第四节热力学第二定律学习目标：1.了解热传导过程的方向性．2．知道第二类永动机不可制成．3．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实质．4．能根据热传导的方向性和热力学第二定律分析判断生产生活中的热现象发生的原因．第四节核心要点突破课堂互动讲练知能优化训练课前自主学案学习目标课前自主学案一、自然过程的方向性自然界里的一切变化过程都有方向性，即朝某些方向的变化是可以_______发生的，相反方向的变化却受到限制．例如：燃烧、______现象、山石滚落、风化、________和气体向真空中自由膨胀等．二、热机的效率和第二类永动机1．热机的效率：用Q1表示燃料产生的热量，W表示推动活塞做的功，Q2表示散发到大气中的热量，则Q1＝________自发扩散热传递W＋Q2η表示热机效率，则η＝WQ1，由于Q1＞W，所以η__1.＜2．第二类永动机：仅从______热源吸热，同时不间断地做功的永动机，即效率100%的热机．第二类永动机不可能制成，这表明机械能和内能的转化过程具有_____性，机械能可以全部转化成内能，内能却_____全部转化成机械能，而_____引起其他变化．三、热力学第二定律表述一：不可能使热量由_____物体传递到_______物体，而不引起其他_______．表述二：不可能从__________吸收热量并把它全部用来_______，而不引起其他变化．热力学第二定律使人们认识到：自然界中涉及热现象的宏观过程都具有_________．单一方向不能不低温高温变化单一热源做功方向性核心要点突破一、对热传导方向性的理解两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传到低温物体，结果使高温物体的温度降低，低温物体的温度升高．特别提醒：(1)“自发地”过程就是不受外来干扰进行的自然过程．(2)热量可以自发地从高温物体传到低温物体，但热量却不能自发地从温低物体传到高温物体．(3)要将热量从低温物体传到高温物体，必须有“外界的影响或帮助”，就是要有外界对其做功才能完成．电冰箱就是一例．科目一考试年科目一模拟考试题科目二考试年科目二考试技巧、考试内容、考试视频二、第二类永动机1．定义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，把它得到的内能全部转化为机械能，热机的效率达到100%.这种想象中的热机称为第二类永动机．2．第二类永动机不可能制成虽然第二类永动机不违反能量守恒定律，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．很显然，如果第二类永动机能制成，那么就可以利用空气或海洋作为热源，从它们那里不断吸取热量而做功，这是最经济不过的，因为海洋的内能实际上是取之不尽的．有人提出这样一种设想，发明一种热机，用它把物体与地面摩擦所产生的热量都吸收过来并对物体做功，将内能全部转化为动能，使因摩擦停止运动的物体在地面上重新运动起来，而不引起其他变化．这是一个非常诱人的设想，这种设想并不违反能量守恒定律，如果真能造出这样的热机，那么，我们刚开始计算的单从海水中吸收热量来做功，就成为可能了，“能源问题”也就解决了．但是客观实际中第二类永动机不可能制成，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．三、对热力学第二定律的理解1．在热力学第二定律的表述中，“自发地”、“不产生其他影响”的涵义(1)“自发地”指明了热传递等热力学宏观现象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助．(2)“不产生其他影响”的涵义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响．如吸热、放热、做功等．2．热力学第二定律的实质热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，进而使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性．3．热力学过程方向性实例特别提醒：热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，但在有外界影响的条件下，热量可以从低温物体传到高温物体，如电冰箱；在引起其他变化的条件下内能可以全部转化为机械能，如气体的等温膨胀过程．课堂互动讲练对热机效率的理解例1热机甲的效率比热机乙的效率高，这表示()A．热机甲的功率一定比热机乙大B．热机甲消耗的燃料一定比热机乙少C．热机甲把内能转化为机械能的百分比一定比热机乙大D．热机乙把内能转化为机械能的百分比一定比热机甲大【精讲精析】根据热机效率的定义可知，热机甲的效率比热机乙高，表示热机甲所做的有用功的能量占燃料完全燃烧释放出的总能量的百分比比热机乙大．故只有选项C正确，D选项错误．热机效率的大小与功率的高低无关，故A选项错误；热机消耗燃料的多少与所做的功的多少有关，与热机效率无关，故选项B错误．【答案】C【方法总结】注意区别热机的功率和热机效率两个概念．变式训练1热机的效率越高，表示这种热机的()A．功率越大B．做功越多C．燃料燃烧放出的热量多D．用来做有用功的能量跟燃料完全燃烧放出的总能量的比值越大解析：选D.功等于力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积．功率表示做功的快慢，在数值上等于单位时间内完成的功．而热机的效率等于在热机中用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比．功、功率、热机的效率是物理意义完全不同的概念．它们之间数值的大小没有必然联系．所以A、B不正确．而热机效率高并不能说明燃料燃烧放出的热量多．所以C也是错误的．应选D.【精讲精析】第二类永动机的设想并不违背能量守恒定律，但却违背了涉及热现象的能量转化过程是有方向性的规律，故选项A错；在引起其他变化的情况下，热量也可由低温物体非自发地传递到高温物体，选项B错；机械能可以全部转化为内能，如物体克服摩擦力做功的过程，故选项C错；显然选项D为正确的表述．【答案】D【方法总结】第一类永动机违反能量守恒定律，第二类永动机不违反能量守恒定律，但是违反热力学第二定律．变式训练2下列说法中正确的有()A．第二类永动机和第一类永动机一样，都违背了能量守恒定律B．第二类永动机违背了能量转化的方向性C．自然界中的能量是守恒的，所以不用节约能源D．自然界中的能量尽管是守恒的，但有的能量便于利用，有的不便于利用，故要节约能源解析：选BD.第一类永动机违背了能量守恒定律，第二类永动机违背了能量转化的方向性，故A错，B对．