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4.熱力學(xué)第二定律
煮雞蛋
問題1:能量守恒定律？
在自然界發(fā)生的一切過程中能量都是守恒的
問題2:滿足能量守恒過程是否都能實現(xiàn)呢？
熱現(xiàn)象
結(jié)論：無數(shù)事實告訴我們：凡是實際的過程，只要涉及熱現(xiàn)象，如熱傳遞、氣體的膨脹、擴散、有摩擦的機械運動 都有特定方向。也就是說，一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是不可逆的(對現(xiàn)實的總結(jié))。
反映宏觀自然過程的方向性的定律就是熱力學(xué)第二定律。
擴散現(xiàn)象
氣體膨脹
一、熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述：
熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體.
克勞修斯表述指明熱傳導(dǎo)過程是不可逆的(自發(fā))
思考1:熱量一定不能從低溫物體傳到高溫物體嗎？
熱量可從低溫物體傳到高溫物體，但一定要產(chǎn)生其他影響(即要有第三者介入)
思考2:冰箱不通電，會制冷嗎？
制冷系統(tǒng)
(冷凝器)
1.自發(fā)情況下，熱量只能從高溫到低溫
2.非自發(fā)情況下(即要有第三者介入),熱量可從低溫物體傳到高溫物體，但一定要產(chǎn)生其他影響(第三者)
熱力學(xué)第二定律
閱讀教材回答：什么是熱機？熱機效率能否達(dá)到100%？
熱機:是一種把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能的裝置。
柴油機
汽缸
燃料產(chǎn)生的熱量Q
輸出機械功W
漏氣熱損
散熱熱損
摩擦熱損
熱機在工作過程中，從單一熱庫吸收的熱量不可能完全用來做功(總有熱量損失)，
(高溫?zé)釒霻1)
低溫?zé)釒霻2（大氣）
思考:若可從多個熱庫吸收熱量，可否把某個熱庫的熱量全部變成功？
能，但必須要產(chǎn)生其他影響（其他熱褲能量減少）
二、熱力學(xué)第二定律的開爾文表述：
不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響(變化）。
開爾文表述也指明了：機械能與內(nèi)能的轉(zhuǎn)化具有方向性
注意:開爾文描述不是說吸收的熱量不能完全變成功，而是說要完全變成功，一定會引起其他變化
機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能卻不能在不引起其他變化的情況下全部轉(zhuǎn)化成機械能.
三、熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述與開爾文表述是等價的
克勞修斯表述：按熱傳遞的方向性來表述
開爾文表述：是按機械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程的方向來表述。
它們的實質(zhì)是相同的，都講的是一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實際宏觀過程都是不可逆的，具有一定的方向性。
什么是第二類永動機？
1.能夠從單一熱源吸收熱量,全部用來做功,而不引起其它變化的機器
2.第二類永動機不可能制成！
第一類永動機的設(shè)想違反了能量守恒定律；第二類永動機的設(shè)想雖不違反能量守恒定律，但違背了熱力學(xué)第二定律）。
3.第一類永動機和第二類永動機區(qū)別
它違背了熱力學(xué)第二定律
1. (多選)根據(jù)熱力學(xué)第二定律，可知下列說法中正確的是(　　)
A.熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體，但不能從低溫物體傳到高溫物體
B.熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體，也可以從低溫物體傳到高溫物體
C.機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能
D.內(nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為機械能而不引起其他變化
BC
2. (多選)根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，下列說法中正確的是(　　)
A.不可能從單一熱庫吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化
B.沒有冷凝器，只有單一的熱庫，能將從單一熱庫吸收的熱量全部用來做功，而不引起其他變化的熱機是可以實現(xiàn)的
C.制冷系統(tǒng)將冰箱里的熱量傳給外界較高溫度的空氣中，而不引起其他變化
D.不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其他變化
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能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化具有方向性：在各種生產(chǎn)生活中，人們利用的各種形式的能最終都轉(zhuǎn)化成內(nèi)能流散到周圍的環(huán)境中。我們無法把這些內(nèi)能收集起來重新利用。這種現(xiàn)象叫做能量的耗散。
機械能、光能、化學(xué)能、電能等，我們很容易利用稱為高品質(zhì)能量。內(nèi)能利用比較困難為低品質(zhì)能量，且能量都是自發(fā)的向低品質(zhì)方向進(jìn)行的.所以能源其實是指具有高品質(zhì)的容易利用的儲能物質(zhì)，
例如石油、天然氣、煤等。但是它們的存量不多,所以要節(jié)約資源。
四.能源與能量耗散
既然能量是守恒的，為什么我們還要節(jié)約呢？
熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律的比較
熱力學(xué)第一定律 熱力學(xué)第二定律
區(qū)別 是能量守恒定律在熱力學(xué)中的表現(xiàn)，否定了創(chuàng)造能量和消滅能量的可能性，能量可以轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移，從而否定第一類永動機 一切和熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過程、化學(xué)過程具有不可逆性的經(jīng)驗總結(jié)，同時它表明內(nèi)能與其他形式能量轉(zhuǎn)化時的方向性，從而否定了第二類永動機
聯(lián)系 兩定律分別從不同角度揭示了與熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過程所遵循的規(guī)律，二者既相互獨立，又相互補充，都是熱力學(xué)的理論基礎(chǔ) 1. (多選)關(guān)于能量和能量耗散，下列說法正確的是(　　)
A.能量耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中自發(fā)過程的方向性
B.能量耗散表明能源的利用是有條件的，也是有代價的
C.能量的總量守恒，不會消失，所以沒有必要節(jié)約能源
D.能量之間可以相互轉(zhuǎn)化，故能源循環(huán)利用很方便
AB
2. 關(guān)于兩類永動機和熱力學(xué)兩大定律，下列說法正確的是(　　)
A.第二類永動機不可能制成是因為違背了熱力學(xué)第一定律
B.第一類永動機不可能制成是因為違背了熱力學(xué)第二定律
C.由熱力學(xué)第一定律可知做功不一定改變內(nèi)能，傳熱也不一定改變內(nèi)能，但同時做功和傳熱一定會改變內(nèi)能
D.由熱力學(xué)第二定律可知熱量從低溫物體傳向高溫物體是可能的，從單一熱庫吸收熱量，完全變成功也是可能的
D
3. 關(guān)于熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律，下列論述正確的是(　　)
A.熱力學(xué)第一定律指出內(nèi)能可以與其他形式的能相互轉(zhuǎn)化，而熱力學(xué)第二定律則指出內(nèi)能不可能完全轉(zhuǎn)化為其他形式的能，故這兩條定律是相互矛盾的
B.內(nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為其他形式的能，只是會產(chǎn)生其他影響，故兩條定律并不矛盾
C.兩條定律都是有關(guān)能量的轉(zhuǎn)化規(guī)律，它們不但不矛盾，而且沒有本質(zhì)區(qū)別
D.能量守恒定律包含了熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律
B
1.抽取隔板，封閉氣體將會怎樣？
自由膨脹
2.氣體會自發(fā)的回到初始狀態(tài)嗎？
分析說明：自由膨脹不可逆
為什么自由膨脹不可逆呢？
真空
封閉氣體
1.有序:只要確定了某種規(guī)則,符合這個規(guī)則的就叫做有序
2.無序:不符合某種確定規(guī)則(或沒有規(guī)則)的稱為無序
一.有序和無序
說明:
1.有序和無序是相對的
2.無序意味著各處都一樣，平均、沒有差別，有序則相反。
二.宏觀態(tài)和微觀態(tài)
1.宏觀態(tài):在統(tǒng)計物理中，在系統(tǒng)分子數(shù)不變的情況下,以系統(tǒng)的分子數(shù)分布來描寫的系統(tǒng)狀態(tài)叫熱力學(xué)系統(tǒng)的宏觀態(tài)。
2.微觀態(tài):在宏觀狀態(tài)下(分子數(shù)分布一定的情況下), 區(qū)分具體的分子來描寫的系統(tǒng)狀態(tài)叫熱力學(xué)系統(tǒng)的微觀態(tài)。
(不均衡).
(均衡).
五.熱力學(xué)第二定律的的微觀解釋
1.情境：理想氣體向真空中自由膨脹(自發(fā))簡化模型：
2.理論分析
宏觀態(tài) 對應(yīng)微觀態(tài)的個數(shù) 宏觀態(tài)出現(xiàn)的概率
左0右4
左1右3
左2右2
左3右1
左4右0
每一個宏觀態(tài)都對應(yīng)著一個或多個微觀態(tài)。某宏觀態(tài)對應(yīng)的微觀態(tài)個數(shù)越多，這個宏觀態(tài)發(fā)生的概率就越大，就越無序
2.一切自發(fā)過程總是沿著分子熱運動無序性增大的方向進(jìn)行。
若分子數(shù)為有許多個呢
結(jié)論:1.分子回到初態(tài)的概率極小，意味著此事件永遠(yuǎn)不會發(fā)生(不可逆)。
閱讀教材,什么熵？熵有何作用？
如何定量描述宏觀態(tài)的無序性(均衡)？
四.熵
:是反映系統(tǒng)無序程度(均衡性)的物理量，符號S
系統(tǒng)越混亂,系統(tǒng)無序程度越大(越均衡)，則這個系統(tǒng)的熵越大
熵:S=klnΩ
熱力學(xué)第二定律的熵表述：
在任何自然過程(自發(fā))中，一個孤立系統(tǒng)的總熵不會減小(熵增加原理)
k表示玻耳茲曼常量，
Ω表示一個宏觀狀態(tài)所對應(yīng)的微觀態(tài)的數(shù)目，
1..下列關(guān)于熱力學(xué)第二定律微觀意義的說法正確的是(　　)
A．從微觀的角度看，熱力學(xué)第二定律是一個統(tǒng)計規(guī)律
B．一切自發(fā)過程總是沿著分子熱運動無序性減小的方向進(jìn)行
C．有的自發(fā)過程沿著分子熱運動無序性增大的方向進(jìn)行，有的自發(fā)過程沿著分子熱運動無序性減小的方向進(jìn)行
D．在任何自發(fā)過程中，一個孤立系統(tǒng)的總熵不會減小
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2.(多選)關(guān)于熱力學(xué)第二定律的微觀意義，下列說法正確的是(　　)
A.大量分子無規(guī)則的熱運動能夠自動轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蜻\動
B.熱傳遞的自然過程是大量分子從有序運動狀態(tài)向無序運動狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程
C.熱傳遞的自然過程是大量分子從無序程度小的運動狀態(tài)向無序程度大的運動狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程
D.一切自然過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進(jìn)行
CD

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