15 热力学第二定律 能源逐字稿 高中 · 物理 · 人教版 · 选择性必修 第三册

admin542024-01-05 21:40:31

老师

同学们好,今天我们一起学习热力学第二定律,能源。我们先看几个比较熟悉的宏观过程,墨水在清水中发生扩散,最终二者可以均匀的混合。在绝热容器中,用绝热隔板把空间分成两部分,左侧有气体,右侧是真空。撤去隔板,气体可以发生自由膨胀。最终结果容器内压强,处处相等。我们知道改变内能有两种方式,热传递和做工。把一杯热水放在空气中,由于自发地发生了热传地,最终热水的温度会降低。在粗糙水平地面上,一个滑块向前滑行,由于摩擦力,做复工,木块的机械能转化为内能。我下面有一个问题,这些与热现象有关的宏观过程,它的逆过程是否可以自发的进行,大家思考一下,大量的事实说明,一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。换句话说,具有方向性。热力学第二定律就是描述这种方向性的定律。常见的表述有两种,第一种,克劳修斯表述热量不能自发地从低温传到高温物体。很明显,克拉修夫表述它体现的是传热的方向性。我们可以这么理解,两个温度不同的物体接触的时候,热量可以自发地从高温传向低温物体。那有同学问了,热量能不能从低温传向高温物体,我的回答是可以,只不过这个时候需要有第三者介入,并且传热的后果对外界要产生影响。我们结合制冷机来体会一下。

老师

克劳修斯表述,有两个热库,高温热库温度是T1,低温热库温度是T2。制冷机工作的时候从低温热库吸收热量Q2,压缩机做工是w,向高温热库排放热量Q1。从功能关系的角度可以得到这个等式, Q2 加 w 等于Q1,这是制冷机的工作原理,像电冰箱还有制冷模式的空调,它都是采用的制冷机。

老师

大家看一下第三者介入指的是谁?压缩机做工,那产生了什么影响?它消耗了电能。开尔文表述,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。开尔文表述说的是机械能与内能转化的方向性,我们结合热机的原理来体会一下。有两个热库,高温热库的温度是T1,低温热库的温度是T2,热机工作的时候从高温热库吸收热量 Q1 对外做工,或者叫输出机械工w,向低温热库排放热量Q2,这样我们得到等式 Q1 等于Q2,加上w。热机的效率是这么定义的,输出的机械功比上西座,很明显,热机的效率小于100%。

老师

为什么呢?我们看一下热机的能流图,燃料燃烧产生的热量有这么多个曲线,除了输出机械工 w 之外,有漏气的热分,饥壳是金属的,它也要向外散热,活塞和气缸之间摩擦也有热色。这些都造成了热机的效率小于10

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