《高二物理同步课堂帮帮帮（新教材人教版选择性必修第三册）》3.4热力学第二定律

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第三章热力学定律

第4节热力学第二定律

一、热力学第二定律

1．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的．如物体间的传热、气体的膨胀、扩散……都有特定

的方向性．

2．反映宏观自然过程方向性的定律就是热力学第二定律．

3、宏观过程的方向性

（1）．热传导具有方向性：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给低温物体，

结果使高温物体的温度降低，低温物体的温度升高．

（2）．气体的扩散现象具有方向性：两种不同的气体可以自发地进入对方，最后成为均匀的混合气体，

但这种均匀的混合气体，决不会自发地分开，成为两种不同的气体．

（3）．机械能和内能的转化过程具有方向性：物体在水平面上运动，因摩擦而逐渐停止下来，但绝不可

能出现物体吸收原来传递出去的热量后，在地面上重新运动起来．

（4）．气体向真空膨胀具有方向性：气体可自发地向真空容器膨胀，但绝不可能出现气体自发地从容器

中流出，容器变为真空．

（5）．在整个自然界中，无论有生命的还是无生命的，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．

二、热力学第二定律的两种表述

1．克劳修斯表述是按热传导的方向性表述的．热量可以由低温物体传到高温物体但不能是自发的，如：

冰箱、空调．

2．开尔文表述是按照机械能与内能转化过程的方向性来表述的．不是不能从单一热库吸收热量而对外做

功，而是这样做的结果，一定伴随着其他变化或影响

3．这两种表述看似毫无联系，其实是等价的，可以从一种表述导出另一种表述．

4．热力学第二定律揭示了自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性．

三、热机

1．热机的效率 η：热机输出的机械功与燃料产生的热量的比值，用公式表示为 η＝.热机的效率不可能达到

100%.

2．第二类永动机：只有单一热源，从单一热源吸收热量，可以全部用来做功的热机叫第二类永动机，它

不违背能量守恒定律，但违背热力学第二定律，所以不能实现．

二、热力学第二定律和第二类永动机

第二类永动机不可能制成，它也是热力学第二定律的一种表述形式．

虽然第二类永动机不违反能量守恒定律，但大量的事实证明，在任何情况下热机都不可能只有一个热源，

热机要不断地把吸取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．

【例题 1】(多选)关于空调机,下列说法正确的是(

)

A.制冷空调机工作时,热量从低温物体传到高温物体

B.制暖空调机工作时,热量从高温物体传到低温物体

C.冷暖空调机工作时,热量既可以从低温物体传到高温物体,也可以从高温物体传到低温物体

D.冷暖空调机工作时,热量只能从低温物体传到高温物体

【答案】ABC

【解析】空调机工作时,热量可以从低温物体传到高温物体,因为这里有外界做功。

【例题 2】下列关于热现象的描述正确的是(

)

A.根据热力学定律,热机的效率可能达到 100%

B.做功和热传递都是通过能量转化的方式改变系统内能的

C.温度是描述热运动的物理量,一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相同

D.根据热力学第二定律可知,热量能够从高温物体传到低温物体,但不可能从低温物体传到高温物体

【答案】C

【解析】根据热力学定律,热机的效率不可能达到 100%,故A错误;做功是通过能量转化的方式改变系统内能,

热传递是通过能量转移的方式改变系统内能,实质不同,故B错误;达到热平衡的两系统温度相同,故C正确;

由热力学第二定律知,热量能够自发地从高温物体传到低温物体,热量不可以自发地从低温物体传到高温物

体,但在外界的影响下热量能从低温物体传到高温物体,故D错误。

【例题 3】下列过程可能发生的是(

)

A.某工作物质从高温热源吸收 20 kJ 的热量,全部转化为机械能,而没有产生其他任何影响

B.打开一高压密闭容器,其内气体自发逸出后又自发跑进去,恢复原状

C.利用其他手段,使低温物体的温度更低,高温物体的温度更高

D.两瓶不同液体自发混合,然后又自发地各自分开

【答案】C

【解析】根据热力学第二定律,热量不可能从低温物体自发地传给高温物体,而不产生其他影响,但通过一些

物体过程是可以实现的,故选项 C正确;内能自发地全部转化为机械能而不产生其他影响是不可能的,故选项

A错误;气体膨胀具有方向性,故选项 B错误;扩散现象也有方向性,选项 D错误。

1．关于热力学定律，下列说法正确的是(　　)

A．在一定条件下物体的温度可以降到 0 K

B．物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功

C．吸收了热量的物体，其内能一定增加

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