高中物理 第四章 能量守恒与热力学定律 4 热力学第二定律 5 初识熵学案 教科版选修3-3-教科版高二选修3-3物理学案VIP免费

4热力学第二定律5初识熵[学习目标]1.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成的原因.2.能运用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移以及方向性问题.3.了解有序和无序是相对的，知道熵的概念.4.了解熵增原理，知道它是热力学第二定律的另一种表述．一、热力学第二定律1．热力学第二定律的两种表述(1)克劳修斯表述：不可能把热量从低温物体传递到高温物体而不产生其他影响．阐述的是热传递的方向性．(2)开尔文表述：不可能从单一热源吸取热量使之全部变为有用的功而不产生其他影响．阐述的是机械能与内能转化的方向性．2．两种表述是等效的两种表述看上去似乎没有联系，然而实际上它们是等效的，即由其中一个可以推导出另一个．3．热力学第二定律的其他描述(1)一切宏观自然过程的进行都具有方向性．(2)气体向真空的自由膨胀是不可逆的．(3)第二类永动机是不可能(填“可能”或“不可能”)制成的．4．热力学第二定律的实质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，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．5．第二类永动机(1)定义：假设某一系统吸收空气或海水中的热量，对外部做有用功，而又返回到初态．如此周而复始地反复进行，永不停止，该系统称为第二类永动机．(2)不可能制成的原因：不违反能量守恒定律，但违反了热力学第二定律．(均填“违反”或“不违反”)二、初识熵1．对熵的认识(1)方向性不可逆过程总是系统从有差异的状态向无差异的均匀状态过渡，从有规则向无规则过渡，从集中向分散过渡．(2)有序、无序把系统的有差异的不均匀、有规则、集中说成有序，把系统的无差异的均匀、无规则、分散说成无序．(3)熵代表系统的无序性程度．无序性大，熵大；无序性小，熵小．2．熵增原理(1)内容孤立系统的熵总是增加的，或者孤立系统的熵总不减少．(2)公式①ΔS表示过程中熵的变化，则熵增原理可以表示为：ΔS≥0.②ΔS＝0表示系统处于平衡态，ΔS>0表示孤立系统的任何一个过程熵总是增加的．(3)适用条件：孤立系统．[即学即用]1．判断下列说法的正误．(1)可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功．(√)(2)第二类永动机违背了能量守恒定律．(×)(3)第二类永动机违背了热力学第二定律．(√)(4)一个系统中个体排列的“有序”和“无序”是绝对的．(×)(5)熵值越大代表着越有序．(×)(6)孤立系统的总熵可能增大，也可能减小．(×)2．(1)冰箱工作时，能把冰箱内的热量传递到冰箱外，这________(填“违反”或“不违反”)热力学第二定律．(2)两个温度不同的物体接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，直到两者温度相等；一个温度处处相等的物体，不可能自发地变成一部分温度高，另一部分温度低．这一事实说明，一切自然过程总是沿着分子热运动________的方向进行．答案(1)不违反(2)无序性增大一、热力学第二定律[导学探究]有人提出这样一种设想，发明一种热机，用它把物体与地面摩擦所产生的热量都吸收过来并对物体做功，将内能全部转化为动能，使因摩擦停止运动的物体在地面上重新运动起来，而不引起其他变化．这是一个非常诱人的设想，这种设想并不违反能量守恒定律，如果真能造出这样的热机，那么，我们只从海水中吸收热量来做功，就成为可能了，“能源问题”也就解决了．这样的热机能制成吗？为什么？答案不能．违背了热力学第二定律．[知识深化]1．在热力学第二定律的表述中，“不可能”“不产生其他影响”的涵义(1)关于“不可能”：实际上热机或制冷机系统循环终了时，除了从单一热源吸收热量对外做功，以及热量从低温热源传到高温热源以外，过程所产生的其他一切影响，不论用任何曲折复杂的办法都不可能加以消除．(2)“不产生其他影响”是指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．热力学第二定律的意义热力学第二定律已在物理、化学、生物等自然学科中有着重要的应用，对我们认识自然、利用自然有重要的指导意义．特别提醒热力学第二定律的实质：热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与宏观过程的方向...