高二物理熱力學(xué)第二定律課件

1、11.6 熱力學(xué)第二定律能源環(huán)境北京師范大學(xué)附屬中學(xué) 許洪發(fā)11.6 熱力學(xué)第二定律能源環(huán)境北京師范大學(xué)附屬中學(xué) 1. 一個值得深思的問題： 既然能量是守恒的，不能創(chuàng)造，也不會消失，那我們?yōu)槭裁催€要節(jié)約能源呢？1. 一個值得深思的問題： 既然能量是守恒的，不能創(chuàng)造，一個誘人的設(shè)想： 如果能使地球上的海水溫度降低0.1，釋放出的能量相當(dāng)于18000000個功率為1000000kW的核電站一年的發(fā)電量。 人類能否嘗試去開發(fā)這種“新能源”呢？一個誘人的設(shè)想： 如果能使地球上的海水溫度降低0.12。人類對能源問題的研究由來已久 自19世紀(jì)蒸汽機(jī)出現(xiàn)以后，人類便開始系統(tǒng)地對能源、效率等問題進(jìn)行研究。 其

2、中最典型的便是對熱機(jī)理論的研究上。（內(nèi)能機(jī)械能轉(zhuǎn)化效率的研究）2。人類對能源問題的研究由來已久 自19世紀(jì)蒸汽機(jī)出現(xiàn)熱機(jī) 熱機(jī)是一種把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置。（如蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等）熱機(jī) 熱機(jī)是一種把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置。（如蒸汽高二物理熱力學(xué)第二定律課件鍋爐蒸汽機(jī)工作中的能量轉(zhuǎn)化Q0QWE不存在E（摩擦損耗、漏熱等）損失的熱機(jī)稱為理想熱機(jī)。鍋爐蒸汽機(jī)工作中的能量轉(zhuǎn)化Q0QWE不存在E（摩擦損耗、漏熱理想熱機(jī)效率 第二類永動機(jī) 由上可知Q 越少，越高。 于是人們就考慮能否選擇一種合適的工作物質(zhì)讓 Q 不存在，這樣就可以產(chǎn)生一個=100的熱機(jī)（第二類永動機(jī)），可以看到這種機(jī)器并不違反能量守恒定律

3、。理想熱機(jī)效率 第二類永動機(jī) 由上可知Q 越少，第一臺第二類永動機(jī) 第二類永動機(jī)并不違背能量的轉(zhuǎn)化與守恒定律，它也需要外界給機(jī)器提供能量，只不過是從單一熱源（例如海洋、大氣層等）吸取熱量，全部用來做功而不引起其他變化。即將從熱源獲得的內(nèi)能完全轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的可循環(huán)裝置。吸熱液氨1881年，約翰嘎姆吉， “零發(fā)動機(jī)”海水第一臺第二類永動機(jī) 第二類永動機(jī)并不違背能量的轉(zhuǎn)化與守恒定律Q空氣“裝備”第二類永動機(jī)的零耗汽車Q空氣“裝備”第二類永動機(jī)的零耗汽車3. 夢的終結(jié)第二類永動機(jī)不可制成 1851年開爾文首先認(rèn)識到：沒有其他條件，內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能是不可能的。3. 夢的終結(jié)第二類永動機(jī)不可制成 18

4、51年開爾文首先3。熱力學(xué)第二定律（開爾文表述） “不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化。” （這句話可以理解為：如果沒有外界的幫助；如果不產(chǎn)生某種變化，就不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功。） （如果在外界幫助下或產(chǎn)生某種變化時，內(nèi)能是可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的。） （如氣體吸熱等溫膨脹對外做功時，氣體吸收的熱將全部用來對外做功，轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，但由此產(chǎn)生的變化是氣體體積變大而無法自動復(fù)原）3。熱力學(xué)第二定律（開爾文表述） “不可能從單一熱源對開爾文表述的理解 “單一熱源” 指溫度處處相同且恒定不變的理想熱源，如小范圍內(nèi)的大氣、海洋等，“其它變化” 指除該表述所提及

5、的作用外，任何由此產(chǎn)生的變化。它揭示機(jī)械能可完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能是有條件的，且轉(zhuǎn)化效率有所限制。即任何存在功熱轉(zhuǎn)化的宏觀熱現(xiàn)象過程是不可逆的。 這恰恰也是為何能量是守恒的，不能創(chuàng)造，也不會消失，而我們還要節(jié)約能源的原因?！皺C(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能”，這里沿用傳統(tǒng)說法。對開爾文表述的理解 “單一熱源” 指溫度處處相同且恒定不變的能量耗散 在各種能之間的轉(zhuǎn)化過程中，人類沒有辦法把流散到周圍環(huán)境中的內(nèi)能重新收集起來加于利用，這種現(xiàn)象叫做能量的耗散。 能量耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的宏觀過程具有方向性（不可逆性）。能量耗散 在各種能之間的轉(zhuǎn)化過程中，人類沒有辦法把流散高二物理熱力學(xué)第二定

6、律課件 各種能量最終將轉(zhuǎn)化為周圍環(huán)境的內(nèi)能而無法再被利用。 各種能量最終將轉(zhuǎn)化為周圍環(huán)境的內(nèi)能而無法再被利用。熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì) 熱力學(xué)第二定律揭示了有大量分子參與的宏觀過程的方向性，使得它成為獨(dú)立于熱力學(xué)第一定律的一個重要自然規(guī)律。其意義和應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了熱傳導(dǎo)以及機(jī)械能和內(nèi)能的范圍，它使人們認(rèn)識到，自然界中進(jìn)行的一切涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性，對人們認(rèn)識自然、利用自然有著重要的指導(dǎo)意義。 熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì) 熱力學(xué)第二定律揭示了有大量分子參與 1。熱傳導(dǎo)的方向性 兩個溫度不同的物體相互接觸時，熱量會自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體，結(jié)果是使得高溫物體溫度降低，低溫物體溫度升高。 “自發(fā)

7、”：指在沒有任何的外界的影響或幫助情況下。高溫物體低溫物體熱量自發(fā)TT4。自然界中一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性 1。熱傳導(dǎo)的方向性高溫物體低溫物體熱量自發(fā)TT4。自然界高溫物體低溫物體TT熱量自發(fā)不可能！高溫物體低溫物體TT熱量自發(fā)不可能！熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述 “不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其他變化?！?（這句話可以理解為：如果沒有外界的幫助；如果不產(chǎn)生某種變化，就不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體。） （如果在外界幫助下或產(chǎn)生某種變化時，熱量是可以由低溫物體傳遞到高溫物體的。） （如冰箱、空調(diào)制冷時，熱量可以由低溫物體傳遞到高溫物體，但此時需要外界的幫助

8、，即壓縮機(jī)要消耗電能對制冷系統(tǒng)做功）克勞修斯熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述 “不可能使熱量由低溫物體傳遞到 ？ 冰箱內(nèi)的溫度比外面低，可為何制冷系統(tǒng)還能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳給外界高溫的空氣呢？ 高二物理熱力學(xué)第二定律課件 冰箱能制冷，使熱量由低溫物體向高溫物體傳遞，是由于它靠壓縮機(jī)消耗電能對制冷系統(tǒng)作功。即借助了外界的幫助！也就是說它產(chǎn)生其它的影響或引起了其他的變化。 冰箱能制冷，使熱量由低溫物體向高溫物體傳遞， 2。擴(kuò)散現(xiàn)象具有方向性 自然界中能自發(fā)進(jìn)行的各種宏觀過程都具有方向性。4。自然界中一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性 2。擴(kuò)散現(xiàn)象具有方向性 自然界中能自發(fā)進(jìn)行的各種宏觀 3。

9、生命過程具有方向性4。自然界中一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性 3。生命過程具有方向性4。自然界中一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過 4。無機(jī)體腐蝕過程、有機(jī)體腐壞等過程具有方向性。4。自然界中一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性 4。無機(jī)體腐蝕過程、有機(jī)體腐壞等過程具有方向性。4。自然界* 熱力學(xué)第二定律的微觀實(shí)質(zhì) “系統(tǒng)的宏觀表現(xiàn)源于組成系統(tǒng)的微觀粒子的統(tǒng)計規(guī)律。”一切自然過程總是沿著分子熱運(yùn)動的無序性增大的方向進(jìn)行（一切自然過程總是從熱力學(xué)概率小的狀態(tài)向熱力學(xué)概率大的狀態(tài)過渡） （如果一個“宏觀態(tài)”對應(yīng)的“微觀態(tài)”數(shù)目W（熱力學(xué)幾率）比較多，就說這個“宏觀態(tài)”是比較無序的）熵 S，S lnW（波爾茲曼） S=klnW （普朗克）在任何自然過程中，