精 品 教 学 课 件高中物理选择性必修第三册 RJ


第三章 热力学定律3.4 热力学第二定律


C
O
N
T
E
N
T
S1 学习目标2 新课导入3 新课讲解4 课堂小结5 典例分析当堂小练6
目 录


.了解热传递、扩散现象、机械能与内能的转化等都具有方向性。知道具有方向性的过程为不可逆的。2
.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造成功。3
.能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,并能解决一些实际问题。4
.了解能量耗散、能源和环境。学习目标
1


一滴红色颜料滴进一杯清水中扩散，整杯水将均匀地变红。从系统的角度来看，扩散之前是一种状态，扩散后是另一种状态。那么，水中扩散后的颜料能否自发地重新聚集在一起，而其余部分又变成清水？新课导入


能量守恒定律告诉我们，在自然界发生的一切过程中能量都是守恒的，一个导致能量创生或能量消失的过程是不可能出现的。符合能量守恒定律的宏观过程都能自发地进行吗？物体间的热传递有特定的方向性：只能自发地从高温物体传递到低温物体，或从物体的高温部分传递到物体的低温部分。


能量守恒定律告诉我们，在自然界发生的一切过程中能量都是守恒的，一个导致能量创生或能量消失的过程是不可能出现的。符合能量守恒定律的宏观过程都能自发地进行吗？气体的膨胀有特定的方向性： 只能自发地向低压空间膨胀。


能量守恒定律告诉我们，在自然界发生的一切过程中能量都是守恒的，一个导致能量创生或能量消失的过程是不可能出现的。符合能量守恒定律的宏观过程都能自发地进行吗？扩散有特定的方向性： 只能自发地由密度大的区域向密度小的区域扩散。


无数事实告诉我们，凡是实际的过程，只要涉及热现象，都有特定的方向性。这些过程可以自发地朝某个方向进行，例如，热由高温物体传向低温物体，而相反的过程，即使不违背能量守恒定律，我们也从未见到它们会自发地进行。这就是说，一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。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。


指的低温物体向。新课讲解
一、热力学第二定律热量不能自发地从低温物体传到高温物体。热力学第二定律是用否定语句表述的（绝大多数物理定律都是用肯定语句表述的），它告诉我们什么样的过程不可能发生。1、热力学第二定律的克劳修斯表述（德国物理学家克劳修斯在1850年提出）：⑴这里阐述的是热传递的方向性。⑵“自发”二字的意义： 当两个物体接触时，不需要任何第三者的介入、不会对任何第三者产生任何影响，热量就能从一个物体传向另一个物体。当两个温度不同的物体接触时，这个“自发”的方向是从高温物体


于：如
果一台制冷机，制冷为数为： 系W，外界对机器做Q功，的2为从低温物体
2

吸收不热量。的可能造成这样一
台制冷机器0，W→，ε→∝，该机器在一个循动环作完成后，
外界没有变化，唯一的结果是传Q2把从低温物体送到高温物体。WQ
⑶克劳修斯表述也相当


后箱内温度低于箱外温度，并且还会降续继温，直至达到设定的温度。显
律这是热量从低温物体传递到了高温物体。这一现象是否违背热力学第二定然呢？ 电冰箱工作
热量的时体确从低温物——冰箱内的食
体，传到了高温物品——冰箱外空气。但的是这不是自发的过程，这个过程必
须介第三者的有入，即压缩
机消耗电能，对制冷系统做了功。 一
旦切断电源，冰箱的压缩就机停止工作，电冰箱
就不能把部内其的热量传给外空的界气了。自发的过程是热量从
冰箱外的高温空气传向冰箱温的低内食品，使其温度
逐渐升高。 
电冰箱通电


是向相反的方向。不能自发地进行却2、要实现相反方向的过程，必
须借助外界的帮助，因而产生其它影响或
引低其它变化。热量不可能从起温物体传到高温物体而不产生其
他影响。 
热传导的方向性1、热传导的过程是有方向性的，这个过程可以向一个方向自发地进行，但


工作转程⑴从能量过化的角度看，热机的
工作分为两个阶段：①燃烧燃
料工作
作中的化学能变成工料物质的内能②对
外做功⑵从能
物质把自己内能的变成机械能燃
流分配角度看的：W热机的


开尔文表述（
英国物理学家开尔文述1851年提出）：⑴这里阐在的是机械能与内能转化的方向性。⑵“不可能从
全而转化为内能，部内能无法全部用来做功以转换机械成能。不可能从
单一热库吸收热量，使之完全其成功，而不变生产他热响。2、影力学第二定律的
单一热库吸收量热”的意义：不
仅热从一个要吸库热，而且热定会向一一个另库放劳。⑶克热修斯表述也可以
改是：第二类永动机为不可能制造成功的。
机械能可以


QQ
W
12
果一台热机，效率源 ，热机从热 吸取的热量Q1全功变成部W，即Q2＝0，

QQ
11
该机器唯结一的果从就是单一热源吸取量热全不变成功而部产生其它影响。
此时热机的率效η＝1，机η ＝1的热称为第二类永动机。
如


平地面上滚的动球足，摩擦力做负，，其动能转化功内能为最终停了下时，同来产生的热量散失在
周围：环境中。会不会有这样的现象的静止在水平地面上的
足球和地面、周围空的气自发地降低温度释放释内能并将，放能出内的全部转化为
足球的动能，让足球又滚动起来？上
述现象是不可能发生的。问题的实
质是：机械能可以全部转化成内，能但这个过程是不可逆的。
在水


比较　
热力学第一定律　热力学第二定律区
于在有限空间和时间内，一切和热现象有关的物理过程、化学过程具有不可逆性的经验总
别联
灭否量的可能性，从而能定了第一类永动机。是关
结，从而否定了第二类永动机。两定律都是热力学
基本定律，分别从不同角度揭示了与热现象有关的物理过程
系能量守恒定律在热力学中的表现，否定了创造能量和消
遵循所的规，律二者相立独互，又相互补充
，都是热力学的理论基础。
热力学第二定律与第一定律的


表述和克劳修斯表述是等价。的Q1──热机从T1吸
用反：（正法文假设开尔表述不成立）假设
热A ──热机
输功Q2──出热机从T2吸
热Q1+Q2──致
效
冷向T1机放热 证明
收热机从高温热源T1 吸：热量Q1 ，全部变成有用功A而不产生其它影响。用这部热机
做驱的功A去动另一部制冷收，它从低温热机T2吸源热量Q2 ，在高温热源放
出A + Q2 ＝Q1 +Q2 ，于是两部机器起来，合总的果效等于一部机器，它从低温热源T2吸收
热量Q2 ，在高温热源放没Q2 ，出外此有其它变化，这是违反克劳修斯表述。等
热力学第二定律的开尔文


开尔文表述是等价的。证明
：用反正法成克劳修（表述不斯立）假设
通过传想装置自动地从T2假向T1Q1──卡诺
效T2──低温热源 Q2──热量
热机从T1吸热A ──卡诺
热机对外作功
，热量可以从低温物体传到高温物体：因而可以设计一卡诺，机热工作于从两个热源之间，这高温热源T1 吸收
热量Q1 ，向低温热源放出热量Q2 ，同时对做外功A ；我们使Q2自动传到高温热源。经
过一个循环后，总的效果取从高温热源T是1吸热量Q1 －｜Q2｜
，低温热源状态不变。这相当于是从单源热一吸取热量对外做功的机器，因
而违了开尔文表述。等
热力学第二定律的克劳修斯表述和


限的 能量在数量
我们使用的能源最转都后化成了内能，能源消使耗得周围环境升分。温散在环境中的内能不
管数量多么巨地，它也只不大能使过球、大气稍稍变
暖一点，却再能不也自动聚集起来驱动机器做样了。这功的转化过程叫作
“能量耗散”。1、能量耗散
上虽然守恒，但其转移和转化却具有方向性。 每天
二、能源是有


质降 低 机械能、
光能、化学能、电能相对于周围，环中的内能来说境可利用的品质
高。能量在要利，用过中程总是由高品质量能的最终转化为低品质的能量。虽
虽然能的总量保持守恒，但能量的品质下降了。
能量然总不量会减少，会能源但逐步减少，因此能源是有限的资。源能源的使用过程中
2、品


课堂小结


例题1】根据律力热第二定学判断，下列说法正确的是（　　 ） A.功可以
全部转化为热，但热不能全 转化为功 部B.热可以从高温物体传到低温物体，
但物能从低温物体传到高温不体 C.气体向
真的自由膨胀是不可逆的空 D.随着技术
的进步，热机的效率可以达到100% C典例分析
【


全部转化为热，根据热力学第二定律的尔文开从表述，不能可单一热源
取热，把它全其变为功而部产生不他任何影响，把热全部转换功并不是不为可能，只是需要产生其
他影响而已，所以A错误；可热以从高温物体传到低温物体，
根据能力学第二定律的克劳修斯表述，不可热使热量由低温物体传递到高温物体，而不
引起其他物化，也就是说热量可以从低温变体传递到高温物体，只是需要产生其
他影响，所以B错误；现切与热一象有关的宏观过程都是不可逆�