4 热力学第二定律
庖丁巧解牛
知识·巧学
一、热力学第二定律
1.在物理学中，反应宏观自然过程的方向性的定律，就是热力学第二定律. 2.一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的.
3.只要涉及热现象，这些实际过程可自然地朝某个方向进行. 二、热力学第二定律的一种表述
1.内容：热量不能自发地从低温物体传到高温物体. 2.热传递的方向性
两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传向低温物体，结果使高温物体的温度降低，低温物体的温度升高. 说明：
（1）“自发”过程就是不受外来干扰进行的自然过程.
（2）热量可以自发地从高温物体传向低温物体，但热量却不能自发地从低温物体传向高温物体.
（3）要将热量从低温物体传向高温物体，必须有“外界的影响或帮助”，就是要有外界对其做功才能完成.电冰箱就是一例.
（4）在整个自然界中，无论有生命或无生命的，所有的宏观自发过程都具有单向性，都有一定的方向性，都是一种不可逆过程.如河水向下流，重物向下落，山岳被侵蚀，房屋衰朽倒塌，人的一生从婴儿到老年到死亡等. 三、热力学第二定律的另一种表述 1.内容
不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响. 2.热机 （1）定义
一种把内能转化为机械能的装置. （2）原理
热机从热源吸收热量Q1，推动活塞做功W，然后向冷凝器释放热量Q2. （3）效率
由能量守恒定律Q1=W+Q2，我们把热机做的功W和它从热源吸收的热量Q1的比值叫做热机效率，用η表示，即η=
W. Q1深化升华 ①热机必须有热源和冷凝器.②热机不能把它得到的全部内能转化为机械能.③因热机工作时，总要向冷凝器散热，不可避免地要释放一部分热量Q2，所以总有Q1＞W.④热机的效率不可能达到100%，即使是理想热机，没有摩擦，也没有漏气等能量损失，它也不可能把吸收的能量百分之百地转化成机械能，总要有一部分热量散发到冷凝器中. 3.机械能与内能转化的方向性
通过做功，机械能可以全部转化为内能，而内能无法全部用来做功以转换成机械能. 4.两种表述是等效的
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效的，即由其中一个，可以推导出另一个.
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深化升华 热力学第二定律的每一种表述，提示了大量分子参与的宏观过程的方向性，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. 辨析比较 热力学第二定律与热力学第一定律的关系
热力学第一定律中，摩擦力做功可以全部转化为热.热力学第二定律却说明这一热量不可能在不引起其他变化的情况下完全变成功.热量可以从高温物体自动传向低温物体，而热力学第一定律说明在任何过程中能量必守恒，热力学第二定律却说明并非所有能量守恒过程均能实现.热力学第二定律是反映自然界过程进行的方向和条件的一个规律，它指出自然界中出现的过程是具有方向性的，某些方向的过程可以实现，而另一些方向的过程则不能实现.在热力学中，它和第一定律相辅相成，缺一不可. 5.第二类永动机
（1）定义:只从单一热源吸收热量，使之完全变为有用的功而不引起其他变化的热机. （2）第二类永动机不可能制成
虽然第二类永动机不违反能量守恒定律，大量的事实证明，在任何情况下，热机都不可能只有一个热源，热机要不断地把吸收的热量变为有用的功，就不可避免地将一部分热量传给低温热源.很显然，如果第二类永动机能制成，那么就可以利用空气或海洋作为热源，从它们那里不断吸收热量而做功.这是最经济不过的，因为海洋的内能实际上是取之不尽的. 深化升华 第二类永动机不可能制成说明，尽管机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化成机械能而不引起其他变化；机械能和内能的转化过程具有方向性. 典题·热题
知识点 热力学第二定律
例1 “热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体”这一说法是否正确？为什么？ 解析：这一说法是不正确的，热力学第二定律是说热量不能自发地从低温物体传向高温物体，此说法略去了“自发地”，通过外力做功是可以把热量从低温物体提取到高温物体的.例如电冰箱的制冷就是这一情况. 例2 下列说法正确的是（ ）
A.热量不能由低温物体传递到高温物体 B.外界对物体做功，物体的内能必定增加
C.第二类永动机不可能制成，是因为违反了能量守恒定律
D.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 解析：根据热力学第二定律，热量不能自发地由低温物体传递到高温物体，但在一定条件下，热量可以由低温物体传向高温物体，例如电冰箱的工作过程，故选项A错.根据热力学第一定律，物体内能的变化取决于吸收或放出的热量和做功的正负两个因素，所以选项B错.第二类永动机不违反能量守恒定律，选项C错.选项D是热力学第二定律的表述形式之一，是正确的. 答案：D
方法归纳 在学习中应记熟其两种表述，并理解两种表述的等效性；抓住第二定律的实质，即自然界中进行的所有涉及热现象的宏观过程都具有方向性. 例3 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，电流的能可全
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部变为内能，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
方法归纳 此类题主要考查的是热力学第二定律的内涵，解题的关键是要对热力学第二定律有深刻的认识，并且能灵活地作相应的变换. 例4 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，同时不引起其他变化 解析：第二类永动机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
方法归纳 热力学第二定律表明，凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，机械能要全部变为内能，而内能不可能全部变成机械能，而不引起其他变化.
例5 用两种不同的金属丝组成一个回路，接触点1插在热水中，接触点2插在冷水中，如图10-4-1所示，电流计指针会发生偏转，这就是温差发电现象，这一实验是否违反热力学第二定律？热水和冷水的温度是否会发生变化？简述这一过程中能的转化情况.
图10-4-1
解析：温差发电现象中产生了电能是因为热水中的内能减少，一部分转化为电能，一部分传递给冷水，不违反热力学第二定律.
答案：不违反.热水温度降低，冷水温度升高.转化效率低于100%. 巧解提示 内能不可能全部转化为电能，而不产生其他影响. 问题·探究 交流讨论探究
问题 谈谈在生活中遇到的有方向性的现象. 探究过程：
李玉：“自发”过程就是不受外来干扰进行的自然过程.例如：气体的扩散现象；连通器下面有个开关，两边水柱不一样高，打开开关，两管水柱相平却不能再复原；人不能返老还童；在化学变化中，有一些变化可以向能量最低状态、无序状态变化等等.
王芳：要将热量从低温物体传向高温物体，必须有“外界的影响或帮助”，就要有外界对其做功才能完成，电冰箱就是一例.
张亮：在整个自然界中，无论有命的或无生命的，所有的宏观自发过程都具有单向性，都有一定的方向性，都是一种不可逆过程，如水向下流，重物向下落，山岳被侵蚀，房屋衰朽倒塌，人的一生从婴儿到老年到死亡等等.
探究结论：所有的宏观自发过程都具有单向性.精品推荐
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