高中物理 第5章 热力学定律 第3节 热力学第二定律 第4节 熵-无序程度的量度教师用书 鲁科版选修3-3-鲁科版高中选修3-3物理学案VIP免费

第3节热力学第二定律第4节熵——无序程度的量度学习目标知识脉络1.了解热传导及宏观过程的方向性．(重点)2．了解热力学第二定律的多种表述，并用热力学第二定律解释第二类永动机不可能制成的原因．(重点)3．了解熵的概念及熵增加原理，并能解释生活中的有关现象．(难点)自然过程的方向性热力学第二定律的表述1．自然过程的方向性(1)可逆过程和不可逆过程①可逆过程一个系统由某一状态出发，经过某一过程到达另一状态，如果存在另一过程，它能使系统和外界完全复原，即系统回到原来的状态，同时消除原来过程对外界的一切影响，则原来的过程称为可逆过程．②不可逆过程如果用任何方法都不能使系统与外界完全复原，则原来的过程称为不可逆过程．(2)热传导的方向性①热量可以自发地由高温物体传给低温物体，或者由物体的高温部分传给低温部分．②热量不能自发地由低温物体传给高温物体．③热传递是不可逆过程，具有方向性．(3)功和热相互转变的方向性①功转变为热这一热现象是不可逆的，具有方向性．②热转变为功这一热现象也是不可逆的，具有方向性．(4)结论凡是与热现象有关的宏观过程都具有方向性．2．热力学第二定律的表述(1)第一种表述(克劳修斯表述)1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．(说明热传导的方向性)(2)第二种表述(开尔文表述)不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用功而不引起其他变化．(说明机械能与内能转化的方向性)热力学第二定律的这两种表述是等价的．热现象的宏观过程是不可逆的．(3)第二类永动机①定义从单一热源吸取热量并使之完全转化为功而不产生其他影响的机器．②第二类永动机不可能制成第二类永动机并不违背热力学第一定律，但违背了热力学第二定律．③热力学第二定律的又一表述第二类永动机是不可能制成的．1．第一类永动机违背了能量守恒定律．(√)2．机械能可以转变为内能，内能不可以转变为功．(×)3．在一定条件下，热量也可以从低温物体传给高温物体．(√)(1)有可能制成第二类永动机吗？【提示】第二类永动机不可能制成，尽管机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化为机械能而不引起其他变化；机械能和内能的转化过程具有方向性．(2)请举出日常生活中的一些不可逆过程．【提示】①破镜不能重圆．②水从高山流到河谷，不可能自己再返回高山．③一滴墨水滴入一杯清水中，墨水扩散均匀后，不可能再自动地凝聚成一滴墨水．探讨1：一杯热水放在教室里，热水中的热量会自发地传递给空气．其中“自发地”的含义是什么？【提示】“自发地”是指没有受到任何外界影响或者干扰．探讨2：空调和电冰箱工作时，热量从低温物体传递给高温物体．电冰箱和空调违反热力学第二定律吗？为什么？【提示】不违反；因为这不是自发的过程，这个过程必须有第三者的介入，即必须开动空调、电冰箱的压缩机消耗电能．1．对两种表述的理解(1)热力学第二定律的两种表述看上去似乎没有什么联系，然而实际上它们是等价的，即由其中一个，可以推导出另一个．(2)“不引起其他变化”是指使热量从低温物体传递到高温物体时外界不消耗任何功或从单一热源吸收热量全部用来做功而外界及系统都不发生任何变化．(3)克劳修斯表述是说热量不能自动地从低温物体转移到高温物体．如果外界消耗一定量的功，把热量从低温物体转移到高温物体是完全可能的，如电冰箱和空调机的制冷过程．(4)开尔文表述表明了在引起其他变化或产生其他影响的条件下，热量能够完全转化为功，如理想气体的等温自由膨胀，内能不变，吸收的热量全部转化为功，但却引起了体积的膨2胀．2．热力学第二定律的普遍性热力学第二定律的每一种表述都揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性，进而使人们认识到自然界中一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性，都是不可逆的．图5313．热力学第二定律的推广对任何一类宏观自然过程进行方向的说明，都可以作为热力学第二定律的表述．例如，在图531中，盒子中间有一个挡板，左室为真空，右室有气体．撤去挡板后，右室的气体自发向左室扩散，而相反的过程不可能自发地进行．因此，热力学第二定律也可以表述为：气体向真空的自由膨胀是不可逆的．1．(201...