四节热力学二定律.ppt

第四节 热力学第二定律 一. 思考 在地球上海水贮存量十分丰富,若已知海水总质量约达1.4×1018吨，当它的温度降低0.1 ℃时 ，放出多少热量？ 二.导入 热力学第二定律 1．实例----热传导：热量会自发地从高温物体传给低温物体，从而使低温物体升温，高温物体温度降低。 4.对热力学第二定律的自我理解：所有的热运动都具有方向性，只能自发的从某一状态变成另一状态，而不能逆向而行 5、例题分析： [例1]根据热力学第二定律，下列判断正确的是 A. 电流的能不可能全部变为内能 B．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变为电能 C．热机中，燃气内能不可能全部变为机械能 D．在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温度物体． [例2]第二类永动机不可以制成，是因为[ ] A. 违背了能量的守恒定律 B．热量总是从高温物体传递到低温物体 C．机械能不能全部转变为内能 D．内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化 6.热力学第三定律 ： 热力学温度：单位----开尔文（k） 7、 [巩固练习] 1.下列哪些物理过程具有方向性 A. 热传导过程 B．机械能和内能的转化过程 C．气体的扩散过程 D．气体向真空中膨胀的过程。 3.能量耗散是从________角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性． 4.热力学第二定律使人们认识到，自然界中进行的涉及________现象的宏观过程都具有________性，例如机械能可以________转化为内能，但内能_______全部转化为机械能，而不引起其他变化． 第二类永动机不可能制成的原因是因为机械能和内 能转化过程具有方向性，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。 6.试述热力学第一定律和热力学第二定律的区别与联系． 解答：热力学第一定律指出了在任何热力学过程中，能量不会有任何增减或损失，对自然过程也没有限制 * * 又假设某个核电站为100万kw，则这些热量相当于多少个这样的电站一年的发电量 Q=Cm Δt= 4.2 × 103 × 1.4×1018 × 0.1 =5.8 ×1023J 核电站一年的发电量 分析：海水释放的热量 Q`=Pt= 106 × 103×365 ×24 ×3600= 3.15× 1016J 等量的核电站个数 n=Q/Q`=( 5.8×1023J) / (3.15× 1016J)=1.8 × 107=1800万 既然海水能释放出这么多的能量，为什么人们现在不去研究利用呢？是技术的因素还是其他？这节课我们来回答这个问题。因为涉及了物理学的一个基本定律 问题：电冰箱工作时为什么能将冰箱内(温度较低)的热量，传给外界空气(温度较高)？ 没有任何外界的 影响或帮助 第一种表述：不可能使热量从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化 ? ? 是因为电冰箱消耗了电能， 对制冷系统做了功 热传导具有方向性 2. 实例2----机械能与内能的转化 背景问题：一物体以一定的速度在粗糙的水平面上行驶，最终停下来，则在此过程中：a.能量是否守恒？b. 减少的机械能转化为什么能？c. 转化过程是全部转化吗？ 机械能全部转化为内能， 使物体和地面温度升高， 能量守恒 ? 新的设想：发明一种热机，用他把物体与地面摩擦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。使因摩擦而停止的物体在地面上重新动起来，而不引起其他变化 ? 一种把内能转化为机械能 的装置，如内燃机、汽油 机等 内燃机原理：假设气缸中的气体得到燃料燃烧时产生的热量Q1，推动活塞做功W，然后排出废气，同时把热量Q2散发到大气中，有能量守恒有Q1=W+ Q2。 效率：?=W/ Q11 第二种表述：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化 ? 意义：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.第二类永动机 概念：人们把想象中能够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?=100% 结论：第二类永动机不可能制成 ? ? 方向性 自发 例.气体的扩散现象 例.能量耗散：无法把流散的内能重新收集起来加以利用的现象 [例3]试对热力学第一定律和热力学第二定律做一简单的评析 [解析]热力学第一定律和热力学第二定律是构成热力学知识的理论基础: 前者对自然过程没有任何限制，只指出在任何热力学过程中能量不会有任何增加或损失，反映的是物体内能的变化与热量、做功的定量关系； 后者则是解决哪些过程可以自发地发生，哪些过程必须借助于外界条件才能进行。 温标换算：