1、-1-第3节 热力学第二定律 第4节 熵无序程度的量度-2-第3节 热力学第二定律 第4节 熵无序程度的量度 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 SUITANG LIANXI随堂练习 情境导入课程目标拿掉物块后活塞还能自发地返回原位置吗?1.知道与热现象有关的宏观过程具有方向性。2.知道热力学第二定律不同的表述方式是等效的。3.了解第二类永动机的设想及其不可能实现的原因。4.了解热力学第二定律的微观本质,了解熵的概念、熵增加原理及能量退降。-3-第3节 热力学第二定律 第4节 熵无序程度的量度 JICHU ZHISHI基础知识 首 页 ZHON
2、GDIAN NANDIAN重点难点 SUITANG LIANXI随堂练习 一 二 三 四 一、自然过程的方向性可逆过程和不可逆过程(1)可逆过程:能使系统和外界完全复原,即系统回到原来的状态,同时消除原来过程对外界的一切影响,则原来的过程称为可逆过程。(2)不可逆过程:如果用任何方法都不能使系统和外界完全复原,则原来的过程称为不可逆过程。(3)热传递是不可逆过程,具有方向性;功转变为热、热转变为功也是不可逆的,具有方向性。(4)结论:凡是与热现象有关的宏观过程都具有方向性。-4-第3节 热力学第二定律 第4节 熵无序程度的量度 JICHU ZHISHI基础知识 首 页 ZHONGDIAN NA
3、NDIAN重点难点 SUITANG LIANXI随堂练习 一 二 三 四 二、热力学第二定律的表述1.第一种表述(克劳修斯表述)不可能使热量从低温物体传向高温物体而不引起其他变化。(说明热传导的方向性)2.第二种表述(开尔文表述)不可能从单一热源吸取热量,使之完全变为有用功而不引起其他变化。(说明机械能与内能转化的方向性)3.第二类永动机(1)定义:从单一热源吸收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。-5-第3节 热力学第二定律 第4节
4、熵无序程度的量度 JICHU ZHISHI基础知识 首 页 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 SUITANG LIANXI随堂练习 一 二 三 四 思考请举出日常生活中的不可逆过程的事例。提示:(1)水从高处流下,不可能自发返回。(2)破镜不能重圆。-6-第3节 热力学第二定律 第4节 熵无序程度的量度 JICHU ZHISHI基础知识 首 页 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 SUITANG LIANXI随堂练习 一 二 三 四 三、有序和无序1.热传导这个过程使无序程度增加。2.机械能转变为内能的过程是大量分子的有序运动向无序运动的转化过程。3.热力学第二定律的微观本质
5、:一切不可逆过程总是沿着大量分子热运动无序程度增大的方向进行。-7-第3节 热力学第二定律 第4节 熵无序程度的量度 JICHU ZHISHI基础知识 首 页 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 SUITANG LIANXI随堂练习 一 二 三 四 四、熵和熵增加原理1.定义用来量度系统无序程度的物理量叫做熵。2.熵增加原理在孤立系统中,一切不可逆过程必然朝着熵增加的方向进行,孤立系统是指与外界既没有物质交换也没有能量交换的系统。-8-第3节 热力学第二定律 第4节 熵无序程度的量度 JICHU ZHISHI基础知识 首 页 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 SUITANG
6、LIANXI随堂练习 一 二 三 四 思考把一滴墨水滴入一杯清水中,很快清水就变得不透明了。试想,水会自然变清吗?提示:水不会自然变清。在孤立系统中,一切不可逆过程必然朝着熵增加的方向进行。-9-第3节 热力学第二定律 第4节 熵无序程度的量度 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 探究一 探究二 探究一 对热力学第二定律的理解问题导引热量能自发地从高温物体传给低温物体,我们所说的“自发地”指的是没有任何的外界影响或者帮助。那么,同学们见过热量从低温物体传给高温物体的实例吗?提示:电冰箱能够把热量从低温物体传
7、给高温物体,在该过程中电冰箱要消耗电能。电冰箱能够把热量从低温物体传给高温物体,一旦切断电源,电冰箱就不能把其内部的热量传给外界的空气了,相反,外界的热量会自发地传给电冰箱,使其温度逐渐升高。-10-第3节 热力学第二定律 第4节 熵无序程度的量度 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 探究一 探究二 名师精讲1.两种表述是等价的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.克劳修斯表述指明热传递等热力学宏观现象的方向性,不需要借助外界提供能量的帮
8、助,其物理本质是揭示了热传递过程是不可逆的。3.开尔文表述中的“单一热源”指温度恒定且均匀的热源。“不引起其他变化”是指唯一效果是热量全部转变为功而外界及系统都不发生任何变化。其物理实质揭示了热变功过程是不可逆的。4.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。-11-第3节 热力学第二定律 第4节 熵无序程度的量度 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 探究一 探究二 警示(1)在可以引起其他影响的情况下,热
9、可以从低温物体传到高温物体,如空调、冰箱等。(2)分析热力学第二定律的应用问题时都不能忽视“自发性”和“不引起其他变化”的物理意义。-12-第3节 热力学第二定律 第4节 熵无序程度的量度 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 探究一 探究二【例题 1】下列说法中正确的是()A.机械能全部转化为内能是不可能的B.第二类永动机不可能制造成功的原因是能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,只能从一个物体转移到另一个物体,或从一种形式转化成另一种形式C.根据热力学第二定律可知,热量不可能从低温物体传到高温物体D.从单一
10、热源吸收的热量全部变为功是可能的思路:弄清“不引起其他变化”在具体问题中的体现是解题的关键。解析:机械能可以全部转化为内能,故 A 错误;第二类永动机不可能制造成功是因为它违背了热力学第二定律,故 B 错误;热量不能自发地从低温物体传到高温物体,但如果不是自发地,是可以进行的,故 C 错误;从单一热源吸收的热量全部用来做功而不引起其他变化,是不可能的,但如果是从单一热源吸收的热量全部变为功的同时也引起了其他的变化,是可能的,故 D 正确。答案:D-13-第3节 热力学第二定律 第4节 熵无序程度的量度 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 SUI
11、TANG LIANXI随堂练习 探究一 探究二 反思热量从低温物体传给高温物体或者从单一热源吸收热量全部用于做功是可以的,关键是必然伴随着“引起其他变化”。-14-第3节 热力学第二定律 第4节 熵无序程度的量度 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 探究一 探究二 探究二 对熵和熵增加原理的理解问题导引质量相同、温度相同的水,如图所示分别处于固态、液态和气态三种状态下,它们的熵的大小有什么关系?为什么?提示:根据大量分子运动对系统无序程度的影响,热力学第二定律又有一种表述:由大量分子组成的系统自发变化时,总
12、是向着无序程度增加的方向发展,至少无序程度不会减少,这也就是说,任何一个系统自发变化时,系统的熵要么增加,要么不变,但不会减少。质量相同、温度相同的水,可以由固体自发地向液态、气态转化,所以,气态时的熵最大,其次是液态,固态时的熵最小。-15-第3节 热力学第二定律 第4节 熵无序程度的量度 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 探究一 探究二 名师精讲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,这个系统的熵就越大。2.从微观的角度看,热力学第二定律是一个
13、统计规律,一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展,而熵值较大代表着较为无序,所以自发的宏观过程总是向无序程度更大的方向发展。3.对于绝热或孤立的热力学系统而言,所发生的是由非平衡态向着平衡态的变化过程,因此,总是朝着熵增加的方向进行。或者说,一个孤立系统的熵永远不会减小,这就是熵增加原理。4.在任何自然过程中,一个孤立系统的总熵不会减小,如果过程可逆,则熵不变;如果过程不可逆,则熵增加。警示熵增加原理的适用对象是对于孤立系统,如果是非孤立系统,熵有可能减少。-16-第3节 热力学第二定律 第4节 熵无序程度的量度 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 首 页 JICHU ZHISH
14、I基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 探究一 探究二【例题 2】下面关于熵的理解正确的是()A.对于任何过程,熵总是增加的B.熵越大,就意味着系统越混乱、越分散C.气体向真空扩散时,熵值减小D.熵较大的宏观态就是无序程度较大的宏观态解析:如果一个系统不孤立,系统的熵可能增加,也可能减小,所以 A 错;一个宏观态所对应的微观态数目越多,熵值就越大,也就越无序,就是系统越混乱、越分散,所以 B、D 都对;气体向真空扩散时,无序程度增大,熵值增大,所以 C 错。答案:BD-17-第3节 热力学第二定律 第4节 熵无序程度的量度 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 首 页 JICH
15、U ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 探究一 探究二 反思从微观的角度看,热力学第二定律是一个统计规律。一个孤立系统总是从熵较小的状态向熵较大的状态发展,而熵值较大代表着较为无序。-18-第3节 热力学第二定律 第4节 熵无序程度的量度 SUITANG LIANXI随堂练习 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 1 2 3 4 51.下列说法中正确的是()A.一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性B.一切不违反能量守恒与转化定律的物理过程都是可能实现的C.由热力学第二定律可以判断物理过程能否自发进行D.一切物理过程都不可能
16、自发地进行解析:根据热力学第二定律可知,凡是与热现象有关的宏观过程都具有方向性。A、C 选项正确。答案:AC-19-第3节 热力学第二定律 第4节 熵无序程度的量度 SUITANG LIANXI随堂练习 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 1 2 3 4 5 2.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物体解析:根据热力学第二定律可知,凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性,电流
17、的能可全部变为内能(由电流热效应中的焦耳定律可知),而内能不可能全部变成电流的能。机械能可全部变为内能,而内能不可能全部变成机械能。在热传导中,热量只能自发地从高温物体传递给低温物体,而不能自发地从低温物体传递给高温物体。答案:BCD-20-第3节 热力学第二定律 第4节 熵无序程度的量度 SUITANG LIANXI随堂练习 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 1 2 3 4 53.第二类永动机不可以制成,是因为()A.违背了能量守恒定律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
18、他变化解析:第二类永动机的设想虽然符合能量守恒定律,但是违背了能量转化中有些过程是不可逆的规律,所以不可能制成。答案:D-21-第3节 热力学第二定律 第4节 熵无序程度的量度 SUITANG LIANXI随堂练习 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 1 2 3 4 54.关于热力学第二定律的微观意义,下列说法中正确的是()A.大量分子无规则的热运动能够自发转变为有序运动B.热传递的自然过程是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化的过程C.热传递的自然过程是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的运动状态转化的过程D.一切自然过程总是沿着
19、分子热运动的无序性增大的方向进行解析:热传递的过程中热量从温度高的物体向温度低的物体传递,是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的运动状态转化,而不是从有序运动向无序运动状态的转化;大量分子的运动不可能从无序运动自动转为有序运动;自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。A、B错误,C、D 正确。自然过程的方向性是热力学第二定律的本质。答案:CD-22-第3节 热力学第二定律 第4节 熵无序程度的量度 SUITANG LIANXI随堂练习 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 1 2 3 4 55.下列说法正确的是()A.在任何情况下,给气体加热,熵一定增加;气体放热,熵一定减小B.熵增大的过程为不可逆过程C.对一个孤立的系统来说,熵减小的过程是不可能实现的D.以上说法都不对解析:根据熵增加原理,在任何自然过程中,孤立系统必然向熵增加的方向变化,所以 B、C 选项正确。答案:BC
