第4章 3 宏观过程的方向性+4 热力学第二定律+5 初识熵.doc

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3．宏观过程的方向性

4．热力学第二定律

5．初识熵

学习目标

知识脉络

1.知道热传递、扩散现象、机械能与内能的转化等都具有方向性．具有方向性的过程是不可逆的．(重点)

2.理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可能制成．(难点、重点)

3.学会用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移及方向性问题．(重点)

4.了解熵的概念及熵增原理，并能解释生活中的有关现象．(难点)

宏观过程的方向性、热力学第二定律

eq\o([先填空])

1．宏观过程的方向性

(1)热传递的方向性

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．

(2)扩散现象的方向性

①液体扩散现象具有方向性．

②气体向真空的自由膨胀是不可逆的，具有方向性．

(3)机械能与内能之间的转化存在着方向性．

2．热力学第二定律的表述

(1)第一种表述(克劳修斯表述)

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．(说明热传递的方向性)

(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全部变为有用的功而不产生其他影响．(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．

eq\o([再判断])

1．第二类永动机违背了热力学第二定律．(√)

2．科技发达后，热机的效率可以达到100%.(×)

3．机械能可以全部转化为内能，而内能不能自发的全部转化为机械能．(√)

eq\o([后思考])

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．

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)“不产生其他影响”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．

3．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4-3-1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．

图4-3-1

1．下列关于热力学第二定律的说法正确的是()

A．所有符合能量守恒定律的宏观过程都能真的发生

B．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的

C．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而不引其他影响

D．气体向真空的自由膨胀是可逆的

E．热运动的宏观过程会有一定的方向性

【解析】热运动的宏观过程会有一定的方向性，符合能量守恒定律的宏观过程并不能都真的发生，故A错误，E正确；根据热力学第二定律，一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，所以气体向真空的自由膨胀是不可逆的，故B正确，D错误；根据热力学第二定律，不可能从单一热源吸取热使之全部转换为有用的功而不产生其他影响，所以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，故C正确．

【答案】BCE

2．根据热力学第二定律，下列说法中正确的是()

【导学号

A．电流的电能不可能全部转变成内能

B．在火力发电中，燃气的内能不可能全部转变为电能

C．在热机中，燃气的内能不可能全部转变为机械能

D．在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体

E．热量可以从低温物体传向高温物体，而不引起其他的影响

【解析】电能可以全部转化为内能，如纯电阻电路，而燃