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第4节 热力学第二定律
【知识梳理与方法突破】
1.热力学第二定律的理解
（1）“自发地”过程就是不受外来干扰进行的自然过程，在热传递过程中，热量可以自发地从高温物体传到低温物体，却不能自发地从低温物体传到高温物体。要将热量从低温物体传到高温物体，必须“对外界有影响或有外界的帮助”，就是要有外界对其做功才能完成。电冰箱就是一例，它是靠电流做功把热量从低温处“搬”到高温处的。
（2）“不产生其他影响”的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响。如吸热、放热、做功等。
（3）热力学第二定律的每一种表述都揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性。如机械能可以全部转化为内能，内能却不可能全部转化为机械能而不引起其他变化，进一步揭示了各种有关热的物理过程都具有方向性。
（4）适用条件：只能适用于由很大数目分子所构成的系统及有限范围内的宏观过程。而不适用于少量的微观体系，也不能把它扩展到无限的宇宙。
（5）热力学第二定律的两种表述是等价的，即一个说法是正确的，另一个说法也必然是正确的；如一个说法是错误的，另一个说法必然是不成立的。
2.热力学第一定律与第二定律的比较
项目
热力学第一定律
热力学第二定律
定律揭示的问题
它从能量守恒的角度揭示了功、热量和内能改变量三者间的定量关系
它指出自然界中出现的宏观过程是有方向性的
机械能和内能的转化
当摩擦力做功时，机械能可以全部转化为内能
内能不可能在不引起其他变化的情况下全部转化为机械能
热量的传递
热量可以从高温物体自发地传到低温物体
说明热量不能自发地从低温物体传到高温物体
表述形式
只有一种表述形式
有多种表述形式
联系
两定律都是热力学基本定律，分别从不同角度揭示了与热现象有关的物理过程所遵循的规律，二者相互独立，又相互补充，都是热力学的理论基础
3.能量耗散的理解
（1）各种形式的能最终都转化为内能，流散到周围的环境中，分散在环境中的内能不管数量多么巨大，它也只能使地球、大气稍稍变暖一点，却再也不能自动聚集起来驱动机器做功了。
（2）从可被利用的价值来看，内能较之机械能、电能等，是一种低品质的能量。所以，能量耗散虽然不会导致能量的总量减少，却会导致能量品质的降低，实际上是将能量从高度有用的高品质形式降级为不大可用的低品质形式。
（3）能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的自发变化过程具有方向性。
（4）能量耗散导致可利用能源减少，所以要节约能源。
【例】某校中学生为参加电视台《异想天开》节目，提出了下列四个设想方案，从理论上讲可行的是（ ）
A．制作一个装置从海水中吸收内能全部用来做功而不产生其他影响
B．制作一种制冷设备，使温度降至绝对零度以下
C．汽车尾气中各类有害气体排入大气后严重污染了空气，想办法使它们自发分离，既清洁了空气，又变废为宝
D．将屋顶盖上太阳能板，可直接用太阳能来解决照明和热水问题
【针对训练】下列说法中正确的是（ ）
A．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
B．一切物理过程都不可能自发地进行
C．一切不违反能量守恒定律的物理过程都是可能实现的
D．第二类永动机不可能成功的原因是违反了能量守恒定律
【巩固提升】
1．关于热力学第二定律，下列说法中不正确的是（ ）
A．所有符合能量守恒定律的宏观过程都能真实发生
B．气体向真空的自由膨胀是不可逆的
C．电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递
D．机械能可以全部转化为内能，而内能无法全部用来做功以转化成机械能而不引起其他变化
2．2022年7月8日消息，世界能源格局发生重要变化，能源投资新趋势正在形成。从清洁能源总体投资分布看，预计今年投资将占全球能源投资增长额的四分之三。关于能源与可持续发展，下列说法正确的是（ ）
A．篮球从空中落下，最后静止在地面上，说明机械能消失了
B．大量使用天然气作燃料符合“低碳生活”理念
C．随着科技的发展，永动机是可以制成的
D．在火力发电中，燃气的内能不可能全部转变为电能
3．热现象过程中不可避免地出现能量耗散的现象。所谓能量耗散是指在能量转化的过程中无法把散失的能量重新收集、加以利用。下列关于能量耗散的说法中正确的是（ ）
A．能量耗散说明能量不守恒
B．由于能量的转化过程符合能量守恒定律，所以不会发生能源危机
C．能量耗散过程中能量不守恒
D．能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中涉及热运动的宏观过程具有方向性
4．热力学第二定律表明（ ）
A．不可能从单一热源吸收热量使之全部变为有用的动
B．在一个可逆过程中，工作物质净吸热等于对外作的功
C．热不能全部转变为功
D．热量不可能从温度低的物体传到温度高的物体
5．“二氧化碳跨临界直冷制冰”是北京冬奥会的“中国方案”，图中国家速滑馆5000m2的冰而全由它制成，冰面温差可控制在±0.5°C以内。其制冰过程可简化为图中的循环过程，其中横轴为温度T，纵轴为压强p；过程A→B：一定量的二氧化碳在压缩机的作用下变为高温高压的超临界态（一种介于液态和气态之间，分子间有强烈相互作用的特殊状态）；过程B→C：二氧化碳在冷凝器中经历一恒压过程向外故热而变成高压液体；过程C→D：二氧化碳进入蒸发器中蒸发，进而使与蒸发器接触的水降温面凝固；过程D→A；二氧化碳经历一恒压过程回到初始状态。下列说法正确的是（ ）
A．过程A→B中，每个二氧化碳分子的动能都将增大
B．过程B→C中，二氧化碳始终遵循理想气体的实验定律
C．过程D→A中，若二氧化碳可看作理想气体，则该过程中二氧化碳将吸热
D．整个循环过程中，热量从低温水向高温二氧化碳传递，违反热力学第二定律
6．如图所示为电冰箱的工作原理示意图，压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环。在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外。下列有关说法正确的是（ ）
A．热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外
B．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能
C．电冰箱的工作原理违反热力学第一定律
D．电冰箱的工作原理不违反热力学第二定律
7．2021年10月16日，神舟十三号载人飞船发射成功，顺利进入预定轨道，发射任务取得圆满成功。已知飞船在航天员出舱前先要“减压”，在航天员从太空返回进入航天器后要“升压”。因此将飞船此设施专门做成了一个舱，叫“气闸舱”，其原理如图所示，相通的舱A、B之间装有阀门K，指令舱A中充满气体（视为理想气体），气闸舱B内为真空，整个系统与外界没有热交换，打开阀门K后，A中的气体进入B中，最终达到平衡，则舱内气体（ ）
A．体积变大，气体对外不做功
B．体积变大，气体分子势能增大，单位时间内对单位面积的舱壁碰撞的次数将减少
C．体积变大，温度升高，内能增加
D．B中气体不可能自发地全部退回到A中
8．关于两类永动机和热力学的两个定律，下列说法正确的是（ ）
A．一切物理过程都不可能自发地进行
B．物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功
C．利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能是可能的
D．做功可以改变物体的内能，热传递也可以改变物体的内能，同时做功和热传递一定会改变物体的内能
9．人类不但掌握了精准测温控温的方法，还可以人工产生高热和深冷，在高热和深冷的“世界”里不断发现新的科学奇迹。下列关于热力学定律的说法正确的是（ ）
A．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的
B．可能从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不引起其他影响
C．第二类永动机没有违反能量守恒定律，但违反了热力学第一定律
D．相互接触的两个物体发生热传递，达到热平衡时物体的温度一定相同
10．在研究性学习的过程中，针对能源问题、大气污染问题，同学们提出了如下四个活动方案，从理论上讲不可行的是（ ）
A．利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，将海水的全部内能转化为机械能是可能的
B．制造一种制冷设备，使温度降至绝对零度以下
C．将房屋顶盖上太阳能板，可直接用太阳能来解决照明和热水问题
D．汽车尾气中各类有害气体排入大气后严重污染了空气，想办法使它们自发地分离，既清洁了空气，又变废为宝
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