高二物理（人教大纲版）第二册 第十一章 分子热运动、能力守恒 六、热力学第二定律(备课资料)VIP免费

●备课资料1．热力学第二定律阐述热力学过程的方向性这一定律有多种不同的表述方式，其中重要的有以下两种：（一）开尔文表述不可能从单一热源吸收热量，使之完全变为有用的功而不引起其他变化表述中说的其他变化，是指除了单一热源放热和对外界做功这两者以外的任何其他变化.其实，并非热不能完全转化为功，而是在不引起其他变化的条件下热不能完全转化为功.例如：理想气体从单一热源吸热做等温膨胀时.内能不变，即Δu=0,按热力学第一定律，得Q=W,即所吸收热量全部转化为功，但是在这一过程中却引起了其他变化，即气体的体积膨胀，不能自动地缩回.历史上曾有许多人企图制造出一种循环动作的热机，它只从单一热源吸取热量，使之完全变为有用的功，而不需具备低温热源进行放热，这种机器称为第二类永动机或单热源热机，其效率为百分之百.我们知道：要想制造出η＞100%的第一类永动机是不可能的，否则，能量无中生有，与能量守恒定律相违背，但是能否制造出不违背热力学第一定律而达到η=100%的热机呢？假如能够实现的话，那么我们只要将大气海洋、地层作为单一热源，使之冷下去，取其全部热量用来做功，这时开发和利用新的能源问题无异是一件美事.据估算，地球上的海水约有1018t，只要使海水降低温度0.01K，所释放的热能足以使全世界的机器开动好多年.但是据可知，η=100%，相当于Q2=0，这是违背开尔文表述的，因此，热力学第二定律也可表述为：第二类永动机是不可能造成的.（二）克劳修斯表述不可能使热量从低温物体传向高温物体而不引起其他变化.表述中的其他变化是指高温物体吸热和低温物体放热两者以外的任何变化，如果允许引起其他变化，热量由低温物体传入高温物体也是可能的，例如：致冷机可以将热量从低温热源传给高温热源，但这不是自动传递的，需有外界对气体做功，并把所做的功转变为热而送入高温热源，外界做了这部分的功，自然要引起其他变化.热力学第二定律的开尔文表述与热机的工作有关；克劳修斯表述与热传导现象有关，两种表述貌似不同，但是它们通过热功转换和热传导各自表述了过程进行的方向性，所以本质上是一致的.也就是说：如果开尔文表述是正确的，则克劳修斯表述也是正确的，若违反开尔文表述，也必违背克劳修斯表述.2．开尔文与克劳修斯简介（一）开尔不简介英国物理学家开尔文（1824～1907），1845年毕业于剑桥大学，1846年受聘为格拉斯哥大学自然哲学教授，长达50余年，1851年被选为英国皇家学会会员，1877年被选为法国科学院院士，1890年至1895年担任皇家学会会长，他对热学和电磁学的发展都作出了重要的贡献.1851年开尔文在爱丁堡皇家学会会刊上发表了一篇论文，题目是“论热的动力理论”，文章指出：不存在这样一个循环过程，系统从单一热源吸收热量，使之完全变为有用功而不产生其他影响.表述中“单一热源”是指温度均匀且恒定的热源；“其他影响”指除了由单一热源吸热，把吸收的热用来做功以外的任何其他变化.若有其他影响产生时，把由单一热源吸来的热量全部用以对外做功是可能的.自然界任何形式的能都可能转化为热，但热却不能在不产生其他影响的条件下完全转变成其他形式的能.开尔文的论述虽然较克劳修斯晚一年，但他的论述更为明确，使得热力学第二定律的研究更加深入，此外，开尔文还从第二定律断言：能量耗散是普遍趋势.（二）克劳修斯简介德国物理学家克劳修斯（1822～1888），曾在柏林大学学习4年，后于1848年毕业于哈雷大学.1850年他任柏林皇家炮工学校物理教授，1855年后他相继任苏黎士维尔茨堡和波恩大学物理教授.他除了建立热力学第二定律，引入态函数——熵，还对气体分子动理论做了较全面的论述，用统计平均的方法导出了理想气体的压强、温度和气体的平均自由方程式.克劳修斯于1850年在《德国物理学年鉴》上率先发表了《论热的动力及能由此推出的关于热本质的定律》，把卡诺定理作了扬弃而改造成与热力学第一定律并列的热力学第二定律.他提出，热量总是自动地从高温物体传到低温物体，不可能自动地由低温物体向高温物体传递.或者说不可能把热量从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化.即在自然条件下，这个转变过程是不可逆的，...