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课件网) 第三章 热力学定律 第三节 热力学第二定律 粤教版（2019）高中物理选择性必修第三册 一、热传导的方向性 两个温度不同的物体互相接触时，热量会自发地从高温物体传递给低温物体，最后两个物体温度相同达到热平衡，但人们从来没有发现过热量自发地从低温物体传递给高温物体，使两个物体的温差越来越大。 可见，热传导过程是有方向性的。热量从高温物体向低温物体的热传导过程是自发进行的。反过来，要使热量从低温物体传递给高温物体，则必须借助外界的作用。例如电冰箱在工作时(如图3-3-1所示)， 电冰箱压缩机会消耗电能，对冷却系统做功，不断地将热量从电冰箱内部的低温区传递到外部空 气的高温区，来维持电冰箱内部的低温。而一旦切断电源，外界的热量就会自发地传递给电冰箱内 部的低温区，使其温度升高。 二、机械能和内能转化的方向性 一个在水平面上运动的物体，如果在水平方向上仅受摩擦力的作用，由于克服摩擦力做功，其最后总会停下来。在这个过程中，物体的机械能全部转化为内能，使该物体和水平面的温度升高，相反，人们从来没有发现过一个静止在水平面上的物体，能通过自行降低温度而运动起来，尽管这个过程并不违反能量守恒定律。 机械能和内能的转化过程也是有方向性的。机械能可以全部转化为内能，内能却无法全部用来做功以转化为机械能，而不产生其他影响。 例如，汽车、轮船、飞机等交通工具使用的发动机都是热机。 热机的工作原理可以看作是燃烧燃料将化学能转化为工作物质的内能，工作物质通过体积膨胀对外做功把内能转化为机械能。热机要连续工作，需要不断循环。因此工作物质体积膨胀后，还需要被压缩恢复到原有体积，才能形成循环，这就需要外界做一定的功。所以，在一个循环过程中，热机的效率不可能达到100%，也就是说，要想将内能全部用来做功以转化为机械能而不产生其他影响是不可能的。 历史上曾经有人设想制造一种热机，让它从单一热源吸收热量并全部用来做功，把它得到的内能全部转化为机械能，热机效率达到100%，这种想象中的热机被称为第二类永动机、这类永动机并不违反能量守恒定律，但是，由于内能全部转化为机械能而不产生其他影响是不可能的，因此第二类永动机是不可能制造出来的。 【讨论·交流】 有人设想如图3-3-2所示的装置(假设活塞与缸壁无摩擦），并提出“理想气体可从单一热源吸热并进行等温膨胀，从而实现百分之百对外做功”。这引发了同学们的争论：有同学认为是可能实现的，有的同学则认为不可能。你赞同哪一种观点？为什么？ 【总结】 从表面上看，因为理想气体在等温膨胀过程中，其温度不变，内能不变，如果不存在摩擦力，则吸收的热量可以全部对外做功，但需要指出的是，根据气体实验定律，如果气体进行等温膨胀，即气体温度不变，体积增大，则气体压强应减小。而从图3-3-2中可知，该气体压强是恒定的。显然该气体是不可能进行等温膨胀的。事实上，该过程是一个等压膨胀的过程，气体压强不变，体积增大，温度升高，内能增大，气体吸收的热量不可能百分之百对外做功。 三、扩散的方向性 两种不同的气体可以自发地混合，最后成为一种均匀的混合气体。相反，一种均匀的混合气体却不会自发地分开成为两种气体。当然，使用物理或化学方法可以把混合气体分开，但这必然会产生其他影响。 如图3-3-3所示是两个可以连通的容器、容器A中装K有气体、容器B是真空、打开阀门K、容器A中的气体会自A B发地向容器B中扩散，最后两个容器都充满压强相等的气体，这个过程被称为气体的自由膨胀、但气体不会自发地从容器B流回容器A、最后使容器B恢复成真空、当然，用抽气机把容器B中的气体抽到容器A中，可以使容器B恢复成真空 ... ...
