高中物理第十章热力学定律第四节热力学第二定律预习导航学案新人教版选修3 - 3

第四节 热力学第二定律

预习导航 情境导入 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，并且这种设想也不违背能量守恒定律，如果真能造出这样的热机，“能源问题”也就解决了。同学们想一下，这样的热机能制成吗？为什么？ 一、热传导的方向性 1．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，这说明热传导的过程具有方向性。

2．无数事实告诉我们，一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。

课程目标 1.通过自然界中热传导的方向性等实例，初步了解热力学第二定律，知道热力学第二定律的两种不同表述及实质，能运用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移以及方向性问题。 2．了解什么是第二类永动机，能用热力学第二定律解释第二类永动机不能制成的原因。 思考

结合电冰箱的工作情况想一下，热传导的方向性是否说明“热量不能从低温物体传给高温物体”？

提示：不能。这是因为热量能从低温物体传向高温物体，只不过不能自发进行，需要外界帮助罢了。

二、热力学第二定律

1．定义：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。 2．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。(该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。(该表述阐述的是机械能与内能转化的方向性)

(3)其他表述：对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。例如，热力学第二定律可以表述为：气体向真空的自由膨胀是不可逆的。

三、热机和第二类永动机 1．热机

(1)热机工作的两个阶段：

第一个阶段是燃烧燃料，把燃料中的化学能变成工作物质的内能。 第二个阶段是工作物质对外做功，把自己的内能变成机械能。 (2)热机的效率：

热机输出的机械功W与燃料燃烧产生的热量Q的比值叫作热机的效率，用公式可表述为η＝。

2．第二类永动机

(1)定义：只从单一热库吸收热量，并使之完全变成有用功而不产生其他影响的热机。 (2)第二类永动机不可制成的原因：违背了热力学第二定律。

思考如果随着科技的不断发展，能够使热机没有漏气，没有摩擦，也没有机体热量损失，是否能使热机的效率达到100%?

提示：不能。这是因为由热力学第二定律可知热机的工作物质吸收的热量不能完全用来对外做功，而不产生其他影响。

WQ