3.3 热力学第二定律 学案-2021-2022学年高二下学期物理鲁科版（2019）选择性必修第三册

3.3热力学第二定律 学案 学习目标： 1．知道传热、扩散现象、机械能与内能的转化具有方向性。　 2.理解热力学第二定律的两种表述，学会用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移及方向性问题。　 3.了解用热力学第二定律解释第二类永动机不可能制成的原因． 基础知识： 一、可逆过程和不可逆过程 1.可逆过程：一个系统由某一状态出发，经过某一过程到达另一状态，如果存在另一过程，它能使系统和外界完全复原，即系统回到原来的状态，同时消除原来过程对外界的一切影响，则原来的过程称为可逆过程． 不可逆过程： 如果用任何方法都不能使系统与外界完全复原，则原来的过程称为不可逆过程． 2.热传导的方向性 ①热量可以自发地由高温物体传给低温物体，或者由物体的高温部分传给低温部分． ②热量不能自发地由低温物体传给高温物体． ③热传递是不可逆过程，具有方向性． (3)功和热相互转变的方向性 ①功转变为热这一热现象是不可逆的，具有方向性． ②热转变为功这一热现象也是不可逆的，具有方向性． 3.结论 凡是与热现象有关的宏观过程都具有方向性． 二、热力学第二定律及第二类永动机 1．热力学第二定律的克劳修斯表述 (1)内容：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。即传热的过程具有方向性。 (2)传热的方向性 ①热量可以自发地由高温物体传给低温物体。 ②热量不能自发地由低温物体传给高温物体。 ③一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。 说明：在表述中强调“自发”，就是不需要任何第三者介入，就能发生。 2．热力学第二定律的另一种表述 (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与燃料产生的热量Q的比值。用公式表示：η＝。 (2)开尔文表达 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。(该表述阐述了机械能与内能转化的方向性) 注意：热力学第二定律的克劳修斯和开尔文表述是等价的。 3.第二类永动机 ①定义 从单一热源吸取热量并使之完全转化为功而不引起其他影响的机器． ②第二类永动机不可能制成 第二类永动机虽然不违背热力学第一定律，但违背了热力学第二定律． ③热力学第二定律的又一表述 第二类永动机是不可能实现的． 重难点理解： 热力学第二定律的理解 1．对热力学第二定律的理解 在热力学第二定律的表述中，正确地理解“自发地”“不产生其他影响”的确切含义是理解热力学第二定律的关键所在。 (1)“自发地”过程就是不受外来干扰进行的自然过程，如重物下落、植物的开花结果等都是自然界客观存在的一些过程，它不受外界干扰。在传热过程中，热量可以自发地从高温物体传向低温物体，却不能自发地从低温物体传向高温物体。要将热量从低温物体传向高温物体，必须有“对外界的影响或有外界的帮助”，就是要有外界对其做功才能完成。电冰箱就是一例，它是靠电流做功的帮助把热量从低温处“搬”运到高温处的。 (2)“不产生其他影响”的含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．热机 (1)热机：把内能转化成机械能的一种装置。 如蒸汽机把水蒸气的内能转化为机械能；内燃机把燃烧后的高温高压气体的内能转化为机械能。 (2)热机的工作原理 工作物质从热库吸收热量Q1，推动活塞做功W，然后排出废气，同时把热量Q2散发到冷凝器或大气中。 根据能量守恒有Q1＝W＋Q2。 (3)热机的效率 把热机做的功W与它从热库中吸收的热量Q1的比值叫作热机的效率，用η表示，有η＝。 因为Q1＝W＋Q2，所以Q1>W，η<1。 这说明热机不可能把吸收的热能全部转化为机械能，总有一部分 ... ...