热力学第二定律课堂.ppt

10.4 热力学第二定律 问题 热力学第一定律告诉我们： 在一切热力学过程中能量必须守恒。 满足能量守恒的过程是否都能实现呢？ 思考与讨论： P57 结论 1. 热量自动地由高温物体向低温物体传递的 过程是不可逆的。 结论 2. 扩散现象进行是有方向的 , 过程是不可逆的。 结论 3. 功可以自动转化为热，但热却不能自动转 化为功。通过摩擦而使功转变为热的过程是 不可逆的。 结论 4. 气体膨胀 ( 绝热自由膨胀 ) 的过程是不可逆的。 结论：无数事实告诉我们：凡是实际的过程， 只要涉及热现象，如热传递、气体的膨胀、扩 散、有摩擦的机械运动 ?? 都有特定方向。也 就是说， 一切与热现象有关的宏观自然过程都 是 不可逆 的。 热力学第二定律： 反映宏观自然过程的方向性 的定律 4 ? 克劳修斯表述指明热传递的方向性。 理解： （ 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 . 一、热力学第二定律的一种表述 高温 低温 当两个物体接触时，不需要第三者介 入、不会对任何第三者产生影响，热量就能 从一个物体传递到另外一个物体。 自发： 低温 高温 自发 自发 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？ 电冰箱工作时违反热力学第二定律吗？ 贮藏的 食品 大气 电冰箱制 冷系统 ? 要实现从低温物体向 高温物体传递热量，必 须有第三者的介入，因 而产生其它影响或引起 其它变化。 热机 ：是一种把 内能 转化为 机械能 的装置。 ( 汽油机、柴油机、蒸汽轮机、喷气发动机 等） 一阶段： 燃料燃烧产生热量 Q 1 （高温热源） — （ 燃 料中化学能转化为工作物质的内能 ） 二阶段： 推动活塞对外做 功 W — （ 工作物质内能 变成机械能 ） 热机能流图 燃料产生 的热量 Q 输出机 械功 W 漏气热损 散热热损 摩擦热损 工作原理和过程： 效率 ：由能量守恒定律知道 Q 1 = W + Q 2 热机的效率： 1 Q W ? ? 高温热库 低温热库 Q 1 Q 2 对外做功 热机 W 热机的效率小 于 100% ，即 不 可能把从高温 热源吸收的热 量全部转化为 机械能 ，总有 一部分热量散 发到冷凝器或 大气中。 热机工作时的能流分配 9 开尔文表述： 不可能从单一热源吸取热量， 使之完全变成功而，而不产生其他影响。 二、热力学第二定律的另一种表述 ? 开尔文表述揭示机械能与内能转化方向 性 —— 机械能可以全部转化为内能，而内 能无法全部用来做功以转换成机械能而不 产生其他影响。 定律的两种表述 热量不会自发地从低温物 体传到高温物体（ 即 不可能将热量从低温物体 传到高温物体而不引起其它变化 ）。 不可能从单一热源吸取热 量，使它完全变成功，而不引起其它变化。 热力学第二定律的两种表述形式： 1. 两种表述是等价的． 可以从一种表述导出另一种表述，两种表述都称 为热力学第二定律 2. 对任何一类宏观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： 气体向真空的 自由膨胀是不可逆的 。 3. 热力学第二定律的意义 提示了有大量分子参与的宏观过程的 方向性 ，是 独立于热力学第一定律的一个重要自然规律． 理解： 问题： 任何物体都具有内能，在地球上贮存量 十分丰富的海水总质量约达 1.4 × 10 18 吨，它的 温度只要降低 1 ℃ ，就能释放相当于 1800 万个 功率为 100 万千瓦的核电站一年的发电量，足 够全世界使用 4000 年。而人类都不能利用这 种“新能源”，其原因是什么？你能用热学 定律来解释吗？ 三、第二类永动机 第二类永动机： 能够从单一热源吸收热量，全部用来 做功而不引起其他变化的热机。 ? 第二类永动机不可能制成！ 表示机械能和内能的转 化过程具有方向性．尽管机械能可以全部转化为内 能，内能却不能全部转化成机械能，同时不引起其 他变化． ? 第一类永动机和第二类永动机 它们都不可能制成，第一类永动机的设想违反了能 量守恒定律；第二类永动机的设想虽不违反能量守 恒定律，但违背了跟热现象相联系的宏观自然过程 具有方向性的规律（热力学第二定律）。 热力学第二定律的另一种表述： 第二类永动 机不可能制成。