復(fù)習(xí)1 熱力學(xué)第一定律2 能量守恒定律 思考 根據(jù)能量守恒定律 在自然界發(fā)生的一切過(guò)程中能量都是守恒的 那么符合能量守恒的宏觀過(guò)程是否都能發(fā)生呢 熱力學(xué)第二定律 將一塊燒紅的鐵塊投入冷水中 會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象 鐵塊的溫度降低 水的溫度升高 最終兩者溫度相同 將燒紅的鐵塊投入水中 結(jié)果會(huì)不會(huì)鐵塊溫度更高 水的溫度更低 熱傳導(dǎo)的過(guò)程是有方向性的 這個(gè)過(guò)程可以向一個(gè)方向自發(fā)地進(jìn)行 但是向相反的方向卻不能自發(fā)地進(jìn)行 熱傳導(dǎo)的方向性 一個(gè)在水平地面上運(yùn)動(dòng)的物體 由于克服摩擦力做功 最后要停下來(lái) 在這個(gè)過(guò)程中 物體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成為內(nèi)能 使物體和地面的溫度升高 我們能不能看到這樣的現(xiàn)象 一個(gè)放在水平地面上的物體 靠降低溫度 可以把內(nèi)能自發(fā)地轉(zhuǎn)化為動(dòng)能 使這個(gè)物體運(yùn)動(dòng)起來(lái) 機(jī)械能和內(nèi)能轉(zhuǎn)化具有方向性 一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過(guò)程都是不可逆的 在物理學(xué)中 反映宏觀自然過(guò)程的方向性的定律就是熱力學(xué)第二定律 secondlawofthermodynamics 共同特征 熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體 克勞修斯表述 熱力學(xué)第二定律 說(shuō)明 1 克勞修斯表述中強(qiáng)調(diào)了 在不引起其它的變化的條件下 熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體 2 如果允許 其它變化 例如利用致冷機(jī)做功 熱量可以從低溫物體傳到高溫物體上 而致冷機(jī)做功就屬于 其它變化 3 如果設(shè)想克勞修斯表述不成立 即在無(wú)任何外界做功的情況下 熱量就能從低溫?zé)嵩磦飨蚋邷責(zé)嵩?按此設(shè)想就可制成一種無(wú)功致冷機(jī) 如圖所示 它無(wú)需消耗功就能致冷 克勞修斯表述否定了這種可能性 電冰箱的內(nèi)部溫度比外部溫度低 為什么致冷系統(tǒng)還能不斷地把箱內(nèi)熱量傳給外界的空氣 因?yàn)殡姳湎牧穗娔?對(duì)制冷系統(tǒng)做了功 一旦切斷電源 電冰箱就不能把其內(nèi)部的熱量傳給外界的空氣了 相反 外界的熱量會(huì)自發(fā)地傳給電冰箱 使其溫度逐漸升高 貯藏的食品 大氣 電冰箱制冷系統(tǒng) 做功 有人提出這樣一種設(shè)想 發(fā)明一種熱機(jī) 用它把物體與地面摩擦所生的熱量都吸收過(guò)來(lái)并對(duì)物體做功 將內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為動(dòng)能 使因摩擦停止運(yùn)動(dòng)的物體在地面上重新運(yùn)動(dòng)起來(lái) 而不引起其它變化 熱機(jī)是一種把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置 氣缸中的氣體得到燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱量q1推動(dòng)活塞做功w排出廢氣 同時(shí)把熱量q2散發(fā)到大氣中 q1 w q2熱機(jī)效率 w q1 不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量 使之完全變成功 而不產(chǎn)生其他影響 開(kāi)爾文表述 熱源 冷凝器 熱機(jī) 做功 1 按熱傳遞的方向性來(lái)表述 2 是按機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過(guò)程的方向來(lái)表述 兩種表述的實(shí)質(zhì) 開(kāi)爾文表述實(shí)質(zhì)說(shuō)明功變熱過(guò)程的不可逆性 克勞修斯表述則說(shuō)明熱傳導(dǎo)過(guò)程的不可逆性 兩種表述是等價(jià)的 可用反證法證明 違背開(kāi)爾文表述一定違背克勞修斯表述 q1 熱機(jī)從t1吸熱a 熱機(jī)輸出功q2 熱機(jī)從t2吸熱q1 q2 致冷機(jī)向t1放熱 如果開(kāi)爾文表述不成立 可制成一個(gè)單熱源熱機(jī) 將它同另一個(gè)制冷機(jī)組成復(fù)合機(jī) 如圖所示 其總效果相當(dāng)于一個(gè)無(wú)功致冷機(jī) 于是克勞修斯表述也就不成立 違背克勞修斯表述一定違背開(kāi)爾文表述 開(kāi)爾文表述實(shí)質(zhì)說(shuō)明功變熱過(guò)程的不可逆性 克勞修斯表述則說(shuō)明熱傳導(dǎo)過(guò)程的不可逆性 兩種表述是等價(jià)的 可用反證法證明 如果克勞修斯表述不成立 則可制成一個(gè)無(wú)功致冷機(jī) 將它同另一個(gè)熱機(jī)組成復(fù)合機(jī) 如圖所示 就可使復(fù)合機(jī)成為一單熱源熱機(jī) 即開(kāi)爾文表述也不成立 任何一類宏觀自然過(guò)程進(jìn)行方向的說(shuō)明都可以作為熱力學(xué)第二定律的表述 第二類永動(dòng)機(jī) 冷凝器 說(shuō)明 1 開(kāi)爾文表述否定了第二類永動(dòng)機(jī)的可能性 歷史上曾有人企圖制造 一種循環(huán)動(dòng)作的熱機(jī) 只從單一熱源吸收熱量 使之全部變?yōu)楣?而不向低溫?zé)嵩捶懦鰺崃?或者說(shuō)不引起其它變化 這種熱機(jī)稱為第二類永動(dòng)機(jī)或單熱源熱機(jī) 其效率 100 雖然它不違背熱力學(xué)第一定律 但它違背了熱力學(xué)第二定律的開(kāi)爾文表述 2 開(kāi)爾文表述中強(qiáng)調(diào)了 在不產(chǎn)生其他影響的條件下 熱 不能全部變?yōu)?功 如果允許 其他影響 發(fā)生 熱可以全部變?yōu)楣?例如氣缸中理想氣體作等溫膨脹時(shí) 氣體從恒溫?zé)嵩次盏臒崃烤涂梢匀坑脕?lái)對(duì)外做功 但氣體 體積和壓強(qiáng) 發(fā)生了變化 它不能循環(huán)動(dòng)作返回原狀態(tài) 課堂要點(diǎn)小結(jié) 答案 自測(cè)教材p61第2題改編 多選 下列現(xiàn)象中能夠發(fā)生的是a 一杯熱茶在打開(kāi)杯蓋后 茶會(huì)自動(dòng)變得更熱b 蒸汽機(jī)把蒸汽的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能c 桶中混濁的泥水在靜置一段時(shí)間后 泥沙下沉 上面的水變清 泥 水自動(dòng)分離d 電冰箱通電后把箱內(nèi)低溫物體的熱量傳到箱外高溫物體 多選 2016 全國(guó)卷 33 1 關(guān)于熱力學(xué)定律 下列說(shuō)法正確的是a 氣體吸熱后溫度一定升高b 對(duì)氣體做功可以改變其內(nèi)能c 理想氣體等壓膨脹過(guò)程一定放熱d 熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體e 如果兩個(gè)系統(tǒng)分別與狀態(tài)確定的第三個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡 那么這兩個(gè)系統(tǒng)彼此之間也必定達(dá)到熱平衡 答案 解析 解析氣體內(nèi)能的改變 u q w 故對(duì)氣體做功可改變氣體的內(nèi)能 b選項(xiàng)正確 氣體吸熱為q 但不確定外界做功w的情況 故不能確定氣體溫度的變化 a選項(xiàng)錯(cuò)誤 由熱力學(xué)第二定律 d選項(xiàng)正確 根據(jù)熱平衡性質(zhì) e選項(xiàng)正確 2018 青海格爾木調(diào)研 根據(jù)你學(xué)過(guò)的熱學(xué)中的有關(guān)知識(shí) 判斷下列說(shuō)法中正確的是a 機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 內(nèi)能也可以全部用來(lái)做功轉(zhuǎn)化成機(jī)械能b 凡與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過(guò)程都具有方向性 在熱傳遞中 熱量只能從高溫物體傳遞給低溫物體 而不能從低溫物體傳遞給高溫物體c 盡管科技不斷進(jìn)步 熱機(jī)的效率仍不能達(dá)到100 制冷機(jī)卻可以使溫度降到 293 d 第一類永動(dòng)機(jī)違背能量守恒定律 第二類永動(dòng)機(jī)不違背能量守恒定律 隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展 第二類永動(dòng)機(jī)可以制造出來(lái) 答案 解析 解析機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 而內(nèi)能在引起其他變化時(shí)也可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 a正確 凡與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過(guò)程都具有方向性 在熱傳遞中 熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳遞給低溫物體 也能從低溫物體傳遞給高溫物體 但必須借助外界的幫助