高中物理第十章热力学定律4热力学第二定律5热力学第二定律的微观解释学案新人教版选修3-315页

4 热力学第二定律
5 热力学第二定律的微观解释
1．热传导的方向性
热传导的过程可以向一个方向自发地进行(热量从高温物体自发地传给低温物体)；但
向相反的方向不会自发地进行(热量不会自发地从低温物体传给高温物体)，只有借助外界的
帮助才能进行。
①“自发地”过程就是在不受外来干扰的条件下进行的自然过程。
②热量可以自发地从高温物体传向低温物体，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”，就是要由外界对
其做功才能完成。电冰箱、空调就是例子。
【例 1】两个温度不同的物体接触时，热量会自发地从高温物体传向低温物体，直到两
者温度相等；一个温度处处相等的物体，不可能自发地变得一部分温度高、另一部分温度低。
怎样从分子热运动的角度解释热传递的方向性？
解析：两个物体温度不同，分子热运动的平均动能不同，一个物体分子平均动能大，另
一个物体分子平均动能小，总体来看，分子热运动的分布较为有序，能量适当集中，而热量
由高温物体传到低温物体的过程中，能量变得分散和退降，分子热运动的分布较为无序。由
于一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。所以热传递是由高温物体传
向低温物体的，即热传递具有方向性。
答案：见解析
点技巧：热现象的方向性 自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。无论
是有生命的或是无生命的，所有的宏观自发过程都具有单向性，都有一定的方向性，都是不
可逆过程。如河水向下流，重物向下落，山岳被侵蚀，人的一生从婴儿到老年到死亡等。
2．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，因为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。
释疑点：第一类永动机和第二类永动机的比较
它们都不可能制成，第一类永动机的设想违反了能量守恒定律；第二类永动机的设想虽
不违反能量守恒定律，但违背了跟热现象相联系的宏观自然过程具有方向性的规律。
【例 2】我们绝不会看到：一个放在水平地面上的物体，靠降低温度，可以把内能自发
地转化为动能，使这个物体运动起来，其原因是(  )
A．违反了能量守恒定律
B．在任何条件下内能不可能转化成机械能，只有机械能才能转化成内能
C．机械能和内能的转化过程具有方向性，内能转化成机械能是有条件的
D．以上说法均不正确
解析：机械能和内能的相互转化必须通过做功来实现。机械能可以自发地转化为内能，
但内能不能自发地转化为机械能。
答案：C
3．热力学第二定律
(1)热力学第二定律常见的两种表述：
①按热传递的方向性来表述：不可能使热量从低温物体传到高温物体，而不引起其他变
化。——克劳修斯表述，这是按热传递的方向性来表述的。
②按机械能与内能转化过程的方向性来表述：不可能从单一热库吸收热量并把它全部用
来做功，而不引起其他变化。——开尔文表述，这是按机械能与内能转化过程的方向来表述
的。
(2)两种表述是等价的。
可以从一种表述导出另一种表述，两种表述都称为热力学第二定律。
(3)热力学第二定律的意义
揭示了有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，是独立于热力学第一定律的一个重要自然规律。
【例 3】 下列说法中正确的是(  )
A．机械能全部变成内能是不可能的
B．第二类永动机不可能制造成功的原因是能量既不能凭空产生，也不会凭空消失，只
能从一个物体转移到另一个物体，或从一种形式转化为另一种形式
C．根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体
D．从热库吸收的热量全部变成功是可能的
解析：机械能可以全部转化为内能，A错；第二类永动机不违反能量守恒定律，不可能
制成的原因是机械能与内能的转化具有方向性，内能不会全部转化为机械能同时不引起其他
变化，B 错；热量在一定条件下可以从低温物体传到高温物体，只不过会引起其他变化，C
错。
答案：D
归纳小结：热力学第二定律的两种表述是等价的，都说明一切与热现象有关的宏观过程...