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2017-2018学年高中物理:10.4 热力学第二定律(人教版选修3-3)课件

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复习
1、热力学第一定律
思考:根据能量守恒定律,在自然
2界发生的一切过程中能量都是守恒、能量守恒定律
的。那么符合能量守恒的宏观过程
是否都能发生呢?
相同.                                     温度升高,最终两者温度                              
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                什么现象                                            投入冷水中,会发生                                           
                                                                                铁块的温度降低,水的
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   将一块烧红的铁块
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                ?
     将烧红的铁块投入水中,结
果会不会铁块温度更高,水的
温度更低?
      电冰箱的内
部温度比外部
温度低,为什
么致冷系统还
能不断地把箱
内热量传给外
界的空气?
   因为电冰箱消耗
了电能,对制冷系
统做了功,一旦切
断电源,电冰箱就
不能把其内部的热
量传给外界的空气
了.相反,外界的
热量会自发地传给
电冰箱,使其温度
逐渐升高. 
 大气

电冰箱制
 冷系统

贮藏的
 食品
•       热传导的过程是有方向性的,这热传导的过程是有方向性的,这
 个过程可以向一个方向自发地进行个过程可以向一个方向自发地进行
 ,但是向相反的方向却不能自发地,但是向相反的方向却不能自发地
 进行。进行。
••     要实现相反方向的过程,必须借助要实现相反方向的过程,必须借助
 外界的帮助,因而产生其它影响或外界的帮助,因而产生其它影响或
 引起其它变化。引起其它变化。
       一个在水平地面上运动的物
体,由于克服摩擦力做功,最后
要停下来。在这个过程中,物体
的动能转化成为内能,使物体和
地面的温度升高。
      我们能不能看到这样的现象:一
个放在水平地面上的物体,靠降低
温度,可以把内能自发地转化为动
能,使这个物体运动起来.
   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
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,而不引起其它变化. 
热机是一种把内能转化为机械能的装置

                 • 气缸中的气体得到
                  燃料燃烧时产生的
                  热量Q1
                 • 推动活塞做功W
                 • 排出废气,同时把
                  热量Q2散发到大气
                  中。

                 • Q1=W+Q2

                 • 热机效率η=W/Q1
 热源

 热机

冷凝器
         机械能和内能机械能和内能转转化化
具有方向性。具有方向性。
共同特征:
      一切与热现    象有关的宏观自
然过程都是不可逆的。
      在物理学中,反映宏观自然过
程的方向性的定律就是热力学第二定
律(second law of 
thermodynamics).
• 热量不能自发地从低温
 物体传到高温物体。(
 克劳修斯表述)
说明:
      (1)克劳修斯表述中强调了“在不引起其它的变化的条件
下,热量不可能自发地从低温物体传到高温物体。”
      (2)如果允许“其它变化”,例如利用致冷机做功,热量
可以从低温物体传到高温物体上,而致冷机做功就属于“其它
变化”。
      (3)如果设想克劳修斯表述不成立,即在无任何外界做
功的情况下,热量就能从低温热源传向高温热源。按此设想
就可制成一种无功致冷机,如图所示,它无需消耗功就能致
冷。克劳修斯表述否定了这种可能性。
•不可能从单一热库吸收,
使之完全变成功,而不产生
其他影响。(开尔文表述)
 热源

 热机

冷凝器
说明:
      (1)开尔文表述否定了第二类永动机的可能性。历史上
曾有人企图制造“一种循环动          作的热机,只从单一热源吸收热
量,使之全部变为       功,而不向低温热源放出热量,或者说不
引起其它变化。”这种热机称为第二类永动机或单热                   源热机,
其效率η=100%。虽然它不违背热力学第一定律,但它违背了
热力学第二定律的开尔文表述。
      (2)开尔文表述中强调了“在不产生其他影响的条件下,‘
热’不能全部变为      ‘功’。”如果允许“其他影响”发生,热可以全部
变为  功。例如气缸中理想气体作等温膨胀时              ,气体从恒温热
源吸收的热量就可以全部用来对外做功。但气体“体积和压强”
发生了变化,它不能循环动           作返回原状态。
1,按热传递的方向性来表述

2,是按机械能与内能转化过
程的方向来表述。
    任何一类宏观自然过程进行
方向的说明都可以作为热         力学第
二定律的表述。
         开尔文表述实质说         明功变热过      程的不可逆
性,克劳修斯表述则说            明热传导过       程的不可逆性,
两种表述是等价的。可用反证法证明。


                                   Q1──热机从T1吸热
                                   A ──热机输出功

                                   Q2──热机从T2吸热
                                   Q1+Q2──致冷机向T1放热 


      违背开尔文表述一定违背克劳修斯表述 
         如果开尔文表述不成立,可制成一个单热源热机,将
 它同另一个制冷机组成复合机,如图所示,其总效果相当于一
 个无功致冷机,于是克劳修斯表述也就不成立。
        开尔文表述实质说          明功变热过      程的不可逆
性,克劳修斯表述则说            明热传导过      程的不可逆性,
两种表述是等价的。可用反证法证明。


                                  T2──低温热源 
                                  Q2──热量通过假想装置自
                                  动地从T2传向T1
                                  Q1──卡诺热机从T1吸热
                                  A ──卡诺热机对外作功

    违背克劳修斯表述一定违背开尔文表述 
        如果克劳修斯表述不成立,则可制成一个无功致冷机,
将它同另一个热机组成复合机,如图所示,就可使复合机成为一
单热源热机,即开尔文表述也不成立。
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