4．热力学第二定律 [学习任务] 任务1．了解传热、扩散现象、机械能与内能的转化等过程都具有方向性。知道具有方向性的过程是不可逆的。 任务2．了解热力学第二定律的两种表述，并能用热力学第二定律解释第二类永动机不能制造成功的原因。 任务3．能用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移反方向性问题，并能解决一些实际问题。 任务4．了解能量与能源的区别以及能源的有限性。 [问题初探] 问题1．什么叫可逆过程？什么叫不可逆过程？ 问题2．热现象的方向性含义是什么？ 问题3．既然能量守恒，为什么还要节约能源？ 问题4．气体向真空的自由膨胀可逆吗？ [思维导图] 热力学第二定律 [链接教材] 一滴黑色颜料滴进一杯清水中扩散，整杯水将均匀地变黑。从系统的角度来看，扩散之前是一种状态，扩散后是另一种状态。那么，水中扩散后的颜料能否自发地重新聚集在一起，而其余部分又变成清水？这说明扩散现象有什么特点？ 提示：不能；扩散现象具有方向性，是不可逆的。 1．热力学第二定律的克劳修斯表述 (1)传热的方向性：一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。 (2)克劳修斯表述：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．热力学第二定律的开尔文表述 (1)热机 ①热机的工作分为两个阶段：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热机用于做功的热量一定小于它从高温热库吸收的热量，即W＜Q。 (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。该表述阐述了机械能与内能转化的方向性。 (3)热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述是等价的。 覆水难收；破镜难圆；水从高山流到河谷，不可能自己再返回高山；一滴墨水滴入一杯清水，会均匀地扩散开来，不可能再自动地凝成一滴墨水…… 问题1．这些现象说明了什么道理？ 问题2．热量能否从温度低的物体传递给温度高的物体？ 提示：1．自然界的与热现象有关的宏观自然过程不可能自发地逆向进行。 2．能，但是需要第三方的介入。 1．对热力学第二定律的理解 (1)克劳修斯表述中“自发”的含义：当两个物体接触时，不需要任何第三者的介入，不会对任何第三者产生任何影响，热量就能从高温物体传到低温物体。“自发”的方向是从高温物体指向低温物体。 (2)开尔文表述中“不可能从单一热库吸收热量”的含义：不仅要从一个热库吸热，而且一定会向另一个热库放热。即热机工作时须有高温热库和低温热库。 (3)开尔文表述中“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．热力学第二定律的实质 热力学第二定律的两种表述是等价的，都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。 3．热力学过程方向性实例 (1)高温物体低温物体 (2)功热 (3)气体体积V1气体体积V2(较大) (4)不同气体A和B混合气体A、B 【典例1】 (对热力学第二定律的理解)(多选)下列现象中能够发生的是( ) A．一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热 B．蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能 C．桶中混浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离 D．电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体 CD [一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热，蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能，都违背了热力学第二定律，故不能发生，A、B错误；泥、水分离是由于重力作用，能够发生，C正确；由热力学第二定律可知，电冰箱通电后把热量由低温物体传到高温物体是可以通过消耗电能的方式实现的，故能够发 ... ...
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