物理粤教版学案第三章第四节热力学第二定律.docx
学必求其心得，业必贵于专精
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第四节热力学第二定律
1．了解自然界中宏观过程的方向性．
2．了解什么是第二类永动机，为什么第二类永动机不可能制成．
3．了解热力学第二定律的两种不同表述，以及两种表述的物理实质．
4．了解热力学第二定律的微观实质．
5．了解熵是反映系统无序程度的物理量．
水从高山流到河谷，不可能自己再返回高处；一滴墨水滴入一杯清水,会均匀地扩散开来，不可能再自动地凝成一滴墨水……这些现象说明了什么道理？
提示:自然界的宏观过程不可能自动地逆向进行,要使它们逆向进行,就必须由外界对它们施加作用．
一、热传导的方向性
两个温度不同的物体互相接触时,热量会自发地从高温物体传给低温物体,但不会自发地从低温物体传给高温物体．这说明:热传导过程是有方向性的．
二、机械能和内能转化过程的方向性
1．机械能和内能转化过程具有方向性，即机械能全部转化为内能的过程是可以自发进行的，内能全部转化为机械能的过程,是不能自发进行的,要将内能全部转化为机械能，必然会引起其他影响．
2．第二类永动机
(1）定义:从单一热源吸热全部用来做功,而不引起其他变化的热机．
（2)第二类永动机不可能制成．原因是内能全部转化为机械能是不可能自发进行的．
三、热力学第二定律的表述
1．第一种表述（克劳修斯表述):热量不能自动地从低温物体传递到高温物体．或者说，不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化．(按照热传导的方向性来表述）
2．第二种表述（开尔文表述）：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．（按照机械能与内能转化过程的方向性来表述）
热力学第二定律的这两种表述是等价的．
3．自然界中一切与热现象有关的自然过程都具有方向性．
四、热力学第二定律的微观实质
1．做功总是与分子群体的有序运动联系在一起，内能是和分子的无序运动联系在一起的．机械能转化为内能的过程,从微观上来说,是大量分子的有序运动朝无序运动的方向转换的过程;其相反方向的过程是大量分子从无序运动朝有序运动方向转换的过程．
2．热传导过程是使物体内部分子的热运动由比较有序的状态向无序的状态转化的过程．
3．热力学第二定律的微观实质是：与热现象有关的自发的宏观过程，总是朝着分子热运动状态无序性增加的方向进行的．
五、熵
意义：描述物体的无序程度，物体内部分子热运动无序程度越高，物体的熵就越大．
一、热力学第二定律及其微观解释
1．在热力学第二定律的表述中，“自动”“不引起其他变化的含义
“自动”指明了热传递等力学宏观现象的方向性,不需要借助外界提供能量的帮助．
“不引起其他变化”的含义是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．热力学第二定律的实质
热力学第二定律的两种表述,都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，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，总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行．
二、两类永动机的比较
分类
第一类永动机
第二类永动机
设计要求
不消耗任何能量,可以不断做功（或只给予很小的能量启动后,可以永远运动下去)
将内能全部转化为机械能，而不引起其他变化（或只有一个热源,实现内能与机械能的转化）
不可能的原因
违背了能量守恒定律
违背了热力学第二定律
看一种热机设计方案是否可行，不仅要看是否遵守能量守恒定律，还要看是否满足热力学第二定律．
三、热力学第二定律与热力学第一定律有何关系？
1．热力学第一定律揭示了做功和热传递对改变物体内能的规律关系ΔU＝W＋Q，指明内能不但可以转移，而且还能跟其他形式的能相互转化．热力学第一定律是能量守恒定律在热学中的一种表述形式,是从能的角度揭示不同物质运动形式相互转化的可能性．告诫人们：第一类永动机不可能制成．热力学第一定律只有一种表述形式．
2．热力学第二定律揭示了有大量分子参与的宏观过程的方向性．如机械能可以全部转化为内能，内能却不可能全部转化为机械能而不引起其他变化．告诫人们：第二类永动机不可能制成．热力学第二定律有多种表述形式．
3．两定律的关系：热力学第一定律是和热现象有关的物理过程中能量守恒的特殊表达形式，说明功及热量与内能改变的定量关系,而第二定律指出了能量守恒能否实现的条件和过程进行的方向，指出了一切变化过程的自然发展方向不可逆，除非靠外界影响．所以二者相互独立，又相互补充．
四、熵的概念
1．熵是反映系统无序程度的物理量,正如温度反映物体内分子平均动能大小一样．系统越混乱，无序程度越大，就称这个系统的熵越大．
2．系统自发变化时，总是向着无序程度增加的方向发展，至少无序程度不会减少．也就是说，系统自发变化时，总是从热力学概率小的状态向热力学概率大的状态进