第4节热力学第二定律
1.克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。 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．热机的效率：热机输出的机械功W与燃料产生的热量Q的比W
值，即η＝，W Q 一、自然过程的方向性 1．热传导具有方向性：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给低温物体，而低温物体不可能自发地将热量传给高温物体，要实现低温物体向高温物体传递热量，必须借助外界的帮助，因而产生其他影响或引起其他变化。 2．气体的扩散现象具有方向性：两种不同的气体可以自发地进入对方，最后成为均匀的混合气体，但这种均匀的混合气体，决不会自发地分开而成为两种不同的气体。 3．机械能和内能的转化过程具有方向性：物体在水平面上运动，因摩擦而逐渐停止下来，但绝不可能出现物体吸收原来传递出去的热量后，在地面上重新运动起来。 4．气体向真空膨胀具有方向性：气体可自发地向真空容器膨胀，但绝不可能出现气体自发地从容器中流出，容器变为真空。 5．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。 6．热力学第二定律：反映宏观自然过程的方向性的定律。 二、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到高温物体，这就是热力学第二定律的克劳修斯表述，阐述的是热传递的方向性。 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。(即机械能与内能转化具有方向性) 3．对热力学第二定律的理解 热力学第二定律的两种表述是等价的，也可以表述为：气体向真空的自由膨胀是不可逆的。 4．第二类永动机 (1)定义：只从单一热库吸收热量，使之完全变为功而不引起其他变化的热机。 (2)第二类永动机不可能制成的原因：虽然第二类永动机不违反能量守恒定律，但大量的事实证明，在任何情况下，热机都不可能只有一个热库，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库。 1．自主思考——判一判 (1)温度不同的两个物体接触时，热量会自发地从低温物体传给高温物体。(×) (2)第二类永动机违反了热力学第二定律。(√) (3)热机的效率可以达到100%。(×) (4)一切与热现象有关的微观自然过程都是不可逆的。(×) (5)第二类永动机违反了能量守恒定律。(×) (6)只要对内燃机不断改进，就可以把内燃机得到的全部内能转化为机械能。(×) 2．合作探究——议一议 (1)温度不同的两个物体接触时，热量会从低温物体传给高温物体吗？ 提示：会。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，要使热量从低温物体传给高温物体，必须借助其他帮助，如电冰箱的工作。 (2)两个不同的物体接触时，热量自发地从高温物体传递给低温物体。此处“自发地”的含义是什么？ 提示：“自发地”的含义是指没有任何外界影响或者其他帮助。 (3)我们假想：发明一种热机，并用来对物体做功，将内能全部转化为动能，而不引起其他变化，这是否可能？ 提示：热机不能把它得到的内能全部转化为机械能，因为热机必须有热源和冷凝器，热机工作时，总要向冷凝器放热，不可避免地要由工作物质带走一部分热量Q，即使是理想热机，没有摩擦，没有漏气等能量损失，它也不可能把吸收的热量百分之百地转化为机械能，总要有一部分热量散发到冷凝器中。 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”、“单一热库”、“不可能”的涵义 (1)“自发地”是指热量从高温物体“自发地”传给低温物体的方向性。在传递过程中不会对其他物体产生影响或借助其他物体提供能量等。 (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。 (3)“单一热库”：指温度均匀并且恒定不变的系统。若一系统各部分温度不相同或者温度不稳定，则构成机器的工作物质可以在不同温度的两部分之间工作，从而可以对外做功。据报道，有些国家已在研究利用海水上下温度不同来发电。 (4)“不可能”：实际上热机或制冷机系统循环终了时，除了从单一热库吸收热量对外做功，以及热 量从低温热库传到高温热库以外，过程所产生的其他一切影响，不论用任何的办法都不可能加以消除。 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，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．热力学第二定律的其他描述 (1)一切宏观自然过程的进行都具有方向性。 (2)气体向真空的自由膨胀是不可逆的。 (3)第二类永动机是不可能制成的。 1．(多选)热力学第二定律指出( ) A．气体的扩散过程具有方向性 B．一切形式的能量间的相互转化都具有方向性 C．热机效率η≤1 D．大量分子参与的宏观过程具有方向性 解析：选AD 由热力学第二定律知，气体的扩散现象具有方向性，并不是一切形式的能量间的相互转化都具有方向性，如动能和势能的相互转化，故A正确，B错误；热机效率只能小于1，不可能等于1，故C错误；一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性，故D正确。 2．(多选)关于热力学定律，下列说法正确的是( ) A．为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量 B．对某物体做功，必定会使该物体的内能增加 C．可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功 D．不可能使热量从低温物体传向高温物体 E．功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程 解析：选ACE 改变内能的方法有做功和热传递两种，所以为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量，A项正确；对物体做功的同时物体向外界放热，则物体的内能可能不变或减小，B项错误；根据热力学第二定律可知，在对外界有影响的前提下，可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功，C项正确；在有外界做功的条件下，可以使热量从低温物体传递到高温物体，D项错误；根据热力学第二定律可知，E项正确。
高中物理人教版教学案：第十章 第4节 热力学第二定律
