第四节热力学第二定律黄永森广东省佛山市南海区西樵高级中学高中物理选修3-3（粤教版）第三章热力学基础一.自然过程的方向◆事例1：通过初中的学习，我们已知道热量会自发从高温物体传到低温物体，直到两者温度相等。问题1：生活中，热量有没有从低温物体传到高温物体的？有的话这种传导是自发进行的还是需要借助外界作用的？请举例说明。说明：热传导具有方向性事例2：一个在水平地面上运动的物体，由于克服摩擦力做功，最后要停下来。在这个过程中，物体的动能全部转化成为内能，使物体和地面的温度升高。一.自然过程的方向◆问题2：我们能不能看到这样的现象：一个放在水平地面上的物体，靠降低温度，可以把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来?一.自然过程的方向◆说明：机械能和内能的转化具有方向性一.自然过程的方向◆事例3：气体的扩散：两种不同的气体可以自发的进入对方，最后成为一种均匀的混合气体问题3：这均匀的混合气体，在不借助其它手段的情况下能否自发的分成(恢复)两种气体？说明：扩散现象具有方向性一切与热现象有关的宏观自然过程都是具有方向性的(或者说是不可逆的）。在物理学中，反映宏观自然过程的方向性的定律就是热力学第二定律共同特征：大量事实告诉我们：凡是实际的过程，只要涉及热现象，如热传递、扩散、气体的膨胀、有摩擦的机械运动等某个过程可以自发进行，而逆过程则需要借助外界作用才能实现。克劳修斯表述指明热传导过程的方向性。与之相应的经验事实是，当两个不同温度的物体相互接触时，热量将由高温物体向低温物体传递，而不可能自发地由低温物体传到高温物体。如果借助制冷机，当然可以把热量由低温传递到高温，但要以外界做功为代价，也就是引起了其他变化。（1）克劳修斯表述：热量不能自动地从低温物体传到高温物体.或：不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他的变化二.热力学第二定律（2）开尔文表述：不可能从单一热源吸取热量，使之完全变成有用的功而不产生其他影响。二.热力学第二定律开尔文表述揭示机械能与内能转化方向性——机械能可以全部转化为内能，而内能无法全部用来做功以转换成机械能热机是一种把内能转化为机械能的装置•气缸中的燃料燃烧,产生的热量Q1•气体膨胀推动活塞做功W•排出废气以及冷却系统把热量Q2散发到大气中。•Q1=W+Q2•热机效率η=W/Q1热源(高温)冷却系统(低温)热机能不能制造一台热机，无需散热系统,把吸收的热量全部用来做功？散热器(水箱)散热片1Q2三、第二类永动机•1.第二类永动机：从单一热源吸收热量，全部用来做功而不引起其他变化的热机叫做第二类永动机。•2.第二类永动机不可能制成！表示机械能和内能的转化过程具有方向性．尽管机械能可以全部转化为内能，内能却不能全部转化成机械能，同时不引起其他变化．•3.第一类永动机和第二类永动机它们都不可能制成，第一类永动机的设想违反了能量守恒定律；第二类永动机的设想虽不违反能量守恒定律，但违背了跟热现象相联系的宏观自然过程具有方向性的规律（热力学第二定律）。热力学第二定律的另一种表述就是：第二类永动机不可能制成。四、热力学第二定律的微观实质（1）机械能和内能的转化机械能内能有序运动无序运动（2）气体的扩散有序分布状态无序分布状态四、热力学第二定律的微观实质微观实质：与热现象有关的自发的宏观过程总是朝着分子热运动无序性增加的方向进行的。熵——描述物体的无序程度与热现象有关的自发的宏观过程总是朝着熵增加的方向进行的------熵增加原理五、课堂小结1.热力学第二定律表明一切与热现象有关的宏观过程都是具有方向性的。2.认识热力学第二定律要注意所表述情景的成立条件，注意理解“自发”、“引起其他变化”的含义。
