物理觀念∶通過自然界中宏觀過程的方向性，建立起熱力學(xué)第二定律的概念。能用熱力學(xué)第二定律正確描述和解釋宏觀方向性的自然現(xiàn)象?？茖W(xué)思維∶對常見的宏觀自然過程的方向性進行簡單分析；知道能量守恒與節(jié)約能源的本質(zhì)?？茖W(xué)探究：理解冰箱的工作原理以及熱機的效率為什么無法達到100%?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任∶了解能源在社會發(fā)展中的地位；知道人類必須尊重自然，遵循自然規(guī)律；養(yǎng)成保護環(huán)境、節(jié)約資源、促進可持續(xù)發(fā)展的良好習(xí)慣。
重點：熱力學(xué)第二定律兩種常見的表述。難點：熱力學(xué)第二定律的開爾文表述。
將一塊燒紅的鐵塊投入冷水中，會發(fā)生什么現(xiàn)象？
鐵塊的溫度降低，水的溫度升高，最終兩者溫度相同。
會不會出現(xiàn)鐵塊溫度更高，水的溫度更低的情況？
不可能。這就是我們今天要學(xué)習(xí)的熱力學(xué)第二定律的內(nèi)容。
1.熱現(xiàn)象過程的方向性
能量守恒定律告訴我們，在自然界發(fā)生的一切過程中能量都是守恒的，一個導(dǎo)致能量創(chuàng)生或能量消失的過程是不可能出現(xiàn)的。
滿足能量守恒定律的過程是否都能實現(xiàn)呢?
覆水難收，說的是潑出去的水不可能再收回來了。其實，一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是有方向性、不可逆性的。
熱量自發(fā)的由高溫物體傳向低溫物體。但是，熱量不可能自發(fā)的由低溫物體傳向高溫物體，使溫度高的更高、低的更低。
一滴紅色顏料滴進一杯清水中，整杯水將自發(fā)的逐漸變紅。但是，擴散在水中的顏料不能自發(fā)地重新聚集在一起，而其余部分又變成清水。
在水平地面上運動的物體，由于摩擦?xí)Ｖ惯\動，動能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，使物體和地面的溫度升高。但是不可能使一個放在水平地面上的物體，靠降低溫度，把內(nèi)能自發(fā)地轉(zhuǎn)化為動能，使物體運動起來。
上面的現(xiàn)象都具有方向性，而相反的過程，即使不違背能量守恒定律，也不會自發(fā)進行。一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是不可逆的。在物理學(xué)中，反映宏觀自然過程方向性的定律就是熱力學(xué)第二定律。
2.熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述：
③熱量可以從低溫物體傳到高溫物體上，但不是自發(fā)的。
熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。
不需要第三者介入、不對第三者產(chǎn)生影響
電冰箱通電后箱內(nèi)溫度低于箱外溫度，并且還會繼續(xù)降溫，直至達到設(shè)定的溫度。顯然這是熱量從低溫物體傳遞到了高溫物體。這一現(xiàn)象是否違背熱力學(xué)第二定律呢?
（反映了傳熱的方向性）
低溫物體（冰箱內(nèi)的食品），熱量傳到了高溫物體（冰箱外的空氣）。但是這個過程并不是自發(fā)進行的，而是依賴外界做功，消耗了電能。
如果不供電，冰箱的壓縮機會停止工作，自發(fā)的過程則是熱量從冰箱外的高溫空氣傳向冰箱內(nèi)的低溫食品。這個過程才是自發(fā)進行的。
關(guān)于熱傳導(dǎo)的方向性，下列說法正確的是（ ）
A.熱量只能由高溫物體傳遞給低溫物體B.熱量能自發(fā)地由低溫物體傳給高溫物體C.在一定條件下，熱量也可以從低溫物體傳給高溫物體D.熱量一定不可能從低溫物體傳給高溫物體
第二個階段是工作物質(zhì)對外做功，把自己的內(nèi)能變成機械能。
第一個階段是燃燒燃料，把燃料中的化學(xué)能變成工作物質(zhì)的內(nèi)能；
燃料的化學(xué)能→工作物質(zhì)的內(nèi)能→機械能
如：汽車從汽缸吸收熱量，燃料在燃燒就是高溫?zé)釒?，廢氣排放到外界環(huán)境中，大氣就是它的低溫?zé)釒?。從高溫→低溫，必然有部分熱量被低溫?zé)釒煳眨皇侨坑脕韺ν庾龉?。所以熱機做的功一定小于它從高溫?zé)釒煳盏臒崃浚琖< Q。說明熱轉(zhuǎn)換為功的過程也是不可逆的，具有方向性。
不可能從單一熱庫吸收，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響。
4．熱力學(xué)第二定律的開爾文表述：
（內(nèi)能和機械能之間轉(zhuǎn)化的方向性）
(1)不僅要從一個熱庫吸熱，而且一定會向另一個熱庫放熱。
(2)可從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，但會產(chǎn)生其他影響。
(3)機械能可以全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，但這個過程是不可逆的。
熱力學(xué)第一定律是和熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過程中能量守恒的特殊表達形式，說明功及熱量與內(nèi)能改變的定量關(guān)系，而第二定律指出了能量轉(zhuǎn)化與守恒能否實現(xiàn)的條件和過程進行的方向，指出了一切變化過程的自然發(fā)展方向不可逆，除非靠外界影響。所以二者相互獨立，又相互補充。
5．與熱力學(xué)第一定律的關(guān)系
開爾文表述實質(zhì)說明功變熱過程的不可逆性，克勞修斯表述則說明熱傳導(dǎo)過程的不可逆性，兩種表述是等價的，可用反證法證明。
違背開爾文表述也一定違背克勞修斯表述。
如果開爾文表述不成立，可制成一個單熱源熱機，將它同另一個制冷機組成復(fù)合機，如圖所示，其總效果相當(dāng)于一個無功致冷機，于是克勞修斯表述也就不成立。
只從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)橛杏霉Χ灰鹌渌兓?br/>(2)第二類永動機不可能制成：
不消耗任何能量，可以不斷地做功（或給予很少的能量啟動后，能夠永遠(yuǎn)運動）
將內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機械能，而不引起其他變化
使用的能源轉(zhuǎn)化成內(nèi)能分散在環(huán)境中不能自動聚集起來驅(qū)動機器做功，這樣的轉(zhuǎn)化過程叫作“能量耗散”．
3．能源在使用過程中品質(zhì)下降
具有高品質(zhì)的容易利用的儲能物質(zhì)．
雖然能的總量保持不變，但能量的品質(zhì)下降了，能源減少了．
自然界的很多過程是不可逆的.例如，一個容器被隔板均分為A、B兩部分，一定量的氣體處于容器A中，而B為真空。抽取隔板K，A中的氣體就會擴散到B中，最后整個容器的A、B兩部分都均勻地分布了這種氣體。這個過程顯然是不可逆的。
1850年，克勞修斯首次提出熵的概念，熵可用來表達一個系統(tǒng)的無序程度，系統(tǒng)從有序向無序的發(fā)展過程中熵在增加。在物理學(xué)中，不與外界進行物質(zhì)和能量交換的系統(tǒng)叫作孤立系統(tǒng)。在自發(fā)過程中，系統(tǒng)總是自發(fā)地向無序方向發(fā)展，即一個孤立系統(tǒng)的熵值總是不減少的，這就是熵增加原理。
所有宏觀自發(fā)過程都具有單向性
下列說法正確的是（ ）A．機械能全部變成內(nèi)能是不可能的B．第二類永動機不可能制造成功的原因是因為能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，只能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，或從一種形式轉(zhuǎn)化成另一種形式C．根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體D．從單一熱源吸收的熱量全部變成功是可能的
根據(jù)熱力學(xué)第二定律，下列判斷正確的（ ）A．熱機中燃?xì)獾膬?nèi)能不可能全部變成機械能B．電流的能不可能全部變成內(nèi)能C．在火力發(fā)電機中，燃?xì)獾膬?nèi)能不可能全部變成電能D．在熱傳導(dǎo)中，熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫物體
下列說法中可行的是（ ）①將地球上所有海水的溫度降低0.1℃，以放出大量內(nèi)能供人類使用②制造一種機器，把物體與地面摩擦所產(chǎn)生的熱量全部收集起來再全部加以使用③建造一只可以從海洋中提取熱量的船，把熱量轉(zhuǎn)化為機械能，驅(qū)動螺旋槳旋轉(zhuǎn)④制造一種效率為100％的熱機A．①可行 B．①④可行 C．②④可行 D．①②③④都不可行
根據(jù)熱力學(xué)第二定律，可知下列說法中正確的是（ ） A．不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其它變化B．沒有冷凝器，只有單一的熱源，能將從單一熱源吸收的熱量全部用來做功，而不引起其它的變化的熱機是可實現(xiàn)的 C．致冷系統(tǒng)能將冰箱里的熱量傳給外界較高溫度的空氣中而不引起其它變化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
1.下列說法正確的是（ ）A．在自然條件下，熱傳遞的過程是不可逆的 B．熱量不可能由高溫物體傳遞給低溫物體C．氣體的擴散過程具有方向性D．一切形式能量轉(zhuǎn)化都不具有方向性
2.（多選）根據(jù)熱力學(xué)第二定律，下列判斷正確的是（ ）
A.電流的能不可能全部都變?yōu)閮?nèi)能B.在火力發(fā)電機中，燃?xì)獾膬?nèi)能不可能全部變?yōu)殡娔蹸.熱機中，燃?xì)鈨?nèi)能不可能全部變?yōu)闄C械能D.熱傳導(dǎo)中，熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫物體
3.關(guān)于永動機和熱力學(xué)定律的討論，下列敘述正確的是（ ）
A.第二類永動機違反能量守恒定律B.如果物體從外界吸收了熱量，則物體的內(nèi)能一定增加C.外界對物體做功，則物體的內(nèi)能一定增加D.做功和熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能，但從能量轉(zhuǎn)化和守恒的觀點來看這兩種改變方式是有區(qū)別的
4．根據(jù)熱力學(xué)定律和分子動理論，可知下列說法中正確的是（ ?。〢．我們可以利用高科技手段，將流散到周圍環(huán)境中的內(nèi)能重新收集起來加以利用而不引起其它變化B．利用淺層海水和深層海水之間的溫度差制造一種熱機，將海水的一部分內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能，這在原理上是可行的C．分子間的作用力總是隨分子間的距離增大而減小D．溫度升高時，物體中每個分子的運動速率都將增大

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