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第四节热力学第二定律一、热传导的方向性1．热可以自发地由________物体传递给________物体，但相反方向却不能自发地进行，即热传导具有__________，是一个不可逆过程．2．说明高温低温方向性(1)“自发地”指在不受外来干扰的条件下进行的自然过程．(2)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”，即要有外界对其做功才能完成．二、机械能和内能转化过程方向性1．机械能和内能转化过程具有方向性，机械能全部转化为内能的过程是可以自发进行的，反之不能自发进行，要将内能全部转化为机械能必然会引起其他影响．2．从单一热源吸热全部用来做功而不引起其他变化的热机称为第二类永动机．它不可能制成的原因是其违背了__________________．热力学第二定律三、热力学第二定律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；不能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．四、热力学第二定律的微观实质1．做功是与分子群体的有序运动联系在一起的，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．热传导的过程是使物体内部分子的热运动由比较__________状态向__________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_________的方向进行的．有序的无序的增加五、熵1．熵是用来描述物体的______________的一个物理量，物体内部分子热运动无序性越高，物体的熵就越__________．无序程度大2．系统的熵值反映了它所处状态的均匀程度，系统的熵值越小，它所处的状态越是有序，越不均匀；系统的熵值越大，它所处的状态越是无序，越均匀．系统总是力图自发地从__________的状态向__________(即从有序走向无序)的状态转变，这就是隔离系统“熵值增大原理”的微观物理意义．熵值较小熵值较大热力学第二定律的两种表述1．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．表述中的其他变化是指高温物体吸热和低温物体放热两者以外的任何变化，如果允许引起其他变化，热量由低温物体传入高温物体也是可能的，例如：制冷机可以将热量从低温热源传给高温热源，但这不是自动传递的，需有外界对气体做功，并把所做的功转变为热而送入高温热源，外界做了这部分的功，自然要引起其他变化．2．开尔文表述：不可能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．表述中说的其他变化，是指除了单一热源放热和对外界做功这两者以外的任何其他变化．其实，并非热不能完全转化为功，而是在不引起其他变化的条件下热不能完全转化为功．例如：理想气体从单一热源吸热做等温膨胀时．内能不变，即ΔU＝0，按热力学第一定律，得Q＝W，即所吸收热量全部转化为功，但是在这一过程中却引起了其他变化，即气体的体积膨胀，不能自动地缩回．3．热力学第二定律的开尔文表述与热机的工作有关；克劳修斯表述与热传导现象有关，两种表述貌似不同，但是它们通过热功转换和热传导各自表述了过程进行的方向性，所以本质上是一致的．可以证明两种表述等效：如果开尔文表述是正确的，则克劳修斯表述也是正确的，若违反开尔文表述，也必违背克劳修斯表述．热力学第二定律的理解[例1]下列所述过程是可逆的，还是不可逆的？A．气缸与活塞的组合内装有气体，当活塞上没有外加压力，活塞与气缸间没有摩擦，气体缓慢地膨胀时；B．上述装置，当活塞上没有外加压力，活塞与气缸上摩擦很大，使气体缓慢地膨胀时；C．上述装置，没有摩擦，但调整外加压力，使气体能缓慢地膨胀时；D．在一绝热容器内盛有液体，不停地搅动它，使它温度升高；E．在一传热容器内盛有液体，容器放在一恒温的大水池内，液体不停地搅动，可保持温度不变；F．在一绝热容器内，不同温度的液体进行混合；G．在一绝热容器内，不同温度的氦气进行混合．解析：A.发生自由膨胀，则是不可逆的；B.有摩擦发生，也是不可逆的；C.是准静态无摩擦的膨胀，则为可逆过程；D.这是做功变为热的过程，一定不可逆；E.此过程中既有“功变热”又有“热传导”，也是不可逆过程；F.液体的扩散是不可逆过程；G.有一定温度差的热传导是不可逆过程．答案：见解析热力学第二定律的理解[例2]一种冷暖两用型空调，铭牌标注：输入功率1kW，制冷能力1.2×104kJ/h，制热能力1.3×104kJ/h.这样，该空调在制热时，每消耗1J电能，将放出3J多热量，是指标错误还是能量不守恒？解析：都不是．空调制冷、制热靠压缩机做功，从室内(室外)吸收热量放到室外(室内)．在制热时，放出的热量等于消耗的电能与从室外吸收的热量之和，完全可以大于电能消耗．这既不违背热力学第一定律，也不违背热力学第二定律．答案：见解析返回