4.热力学第二定律
一、热力学第二定律的一种表述
1．热传导的方向性
(1)凡是实际的过程，只要涉及热现象，都有特定的 性；这些过程可以自发地朝某个 进行，而相反的过程．即使不违背能量守恒定律，它们也不会 地进行．
(2)一切与热现象有关的宏观自然过程都是 的．
2．热力学第二定律的一种表述
热量不能 地从低温物体传到高温物体．这是热力学第二定律的克劳修斯表述，阐述的是 的方向性．
方向
方向
自发
不可逆
自发
传热
二、热力学第二定律的另一种表述
1．热机
(1)热机工作的两个阶段
第一个阶段是 ，把燃料中的 变成工作物质的内能．
第二个阶段是工作物质对外 ，把自己的内能变成 ．
(2)热机的效率：热机输出的 与燃料产生的 的比值．用公式表示为η＝ .
燃烧燃料
化学能
做功
机械能
机械功
热量
2．开尔文表述：不可能从 吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响．(即机械能与内能转化具有方向性)．
单一热源
一、热力学第二定律理解中的几个问题
1．单一热库：指温度均匀并且恒定不变的系统．若一系统各部分温度不相同或者温度不稳定，则构成机器的工作物质可以在不同温度的两部分之间工作，从而可以对外做功．据报道，有些国家已在研究利用海水上下温度不同来发电．
2．其他影响：指除了从单一热库吸收的热量，以及所做的功以外的其他一切影响；或者除了从低温物体吸收热量、高温物体得到相同的热量外，其他一切影响和变化．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．同样，也不是热量不能从低温物体传到高温物体，而是指不产生其他影响的自动热传递是不可能的．
3．关于“不可能”：实际上热机或制冷机系统循环终了时，除了从单一热库吸收热量对外做功，以及热量从低温热库传到高温热库以外，过程所产生的其他一切影响，不论用任何曲折复杂的办法都不可能加以消除．
4．两种表述是等价的
如果克劳修斯表达不成立，则开尔文表述也不成立．
5．热力学第二定律的实质
热力学第二定律的每一种描述，都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，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．
二、热力学第一、第二定律的比较及两类永动机的比较
1．热力学第一定律与热力学第二定律的比较
2.两类永动机的比较
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．第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律
B．第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律
C．由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，传热也不一定改变内能，但同时做功和传热一定会改变内能
D．由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体是可能的，从单一热源吸收热量，完全变成功也是可能的
解析：　
答案：　D
【反思总结】　第一类永动机违反能量守恒定律，第二类永动机不违反能量守恒定律，但违反热力学第二定律．热力学第一定律是能量守恒定律的一种具体形式，而热力学第二定律反映的是热现象的方向性．
◎ 教材资料分析
〔思考与讨论〕
地球上海水的总质量达1.4×1021 kg.如果把这些海水的温度降低1 ℃，放出的热量就达9×1018 kW·h，足够全世界使用4 000年．这个设想不违背能量守恒定律，但是不能实现，所以叫做第二类永动机．前面学到的，违背能量守恒定律的永动机，叫做第一类永动机．
学过热力学第二定律之后，你能说出为什么不能制成第二类永动机吗？
【点拨】　虽然第二类永动机不违反能量守恒定律，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．
根据热力学第二定律分析，下列说法中正确的是(　　)
A．热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体
B．热量能够从高温物体传到低温物体，也可以从低温物体传到高温物体
C．机械能可以全部转化为内能，但变化的内能不可以全部转化为机械能
D．机械能可以全部转化为内能，变化的内能也可以全部转化为机械能
解析：

答案：　BD
【反思总结】　热量可以从高温物体传到低温物体．也可以从低温物体传到高温物体，只不过前者能自发地进行，后者必须借助外界的帮助；机械能可以全部转化为内能，而内能要全部转化为机械能，肯定会引起其他变化
【跟踪发散】　1－1：关于永动机和热力学定律的讨论，下列叙述正确的是(　　)
A．第二类永动机违反能量守恒定律
B．如果物体从外界吸收了热量，则物体的内能一定增加
C．外界对物体做功，则物体的内能一定增加
D．做功和热传递都可以改变物体的内能，但从能量转化或转移的观点来看这两种改变方式是有区别的
解析：　第二类永动机违反热力学第二定律，并不是违反能量守恒定律，故A错．据热力学第二定律ΔU＝Q＋W知内能的变化由做功W和热传递Q两个方面共同决定，只知道做功情况或只知道传热情况无法确定内能的变化情况，故B、C项错误．做功和热传递都可改变物体内能．但做功是不同形式能的转化，而热传递是同种形式能间的转移，这两种方式是有区别的，故D正确．
答案：　D
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．电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律
D．电冰箱的工作原理违反热力学第一定律
解析：　热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的转化规律，是能的转化和守恒定律的具体表现，适用于所有的热学过程，故C正确，D错误；再根据热力学第二定律，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，必须借助于其他系统做功．A错误，B正确，故选B、C.
答案：　BC
【跟踪发散】　2－1：关于热现象和热学规律，下列说法中正确的是(　　)
A．随着低温技术的发展，我们可以使温度逐渐降低，并达到绝对零度，最终实现热机效率100%
B．热量是不可能从低温物体传递给高温物体的
C．第二类永动机遵守能量守恒定律故能制成
D．用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做功2.0×105 J，同时空气向外界放出热量1.5×105 J，则空气的内能增加了0.5×105 J
解析：　绝对零度不可能达到，A错误；由热力学第二定律知，B、C错误；由热力学第一定律知，D正确．
答案：　D
1．下列哪些物理过程具有方向性(　　)
A．热传导过程　　　　　　
B．机械能和内能的转化过程
C．气体的扩散过程
D．气体向真空中膨胀的过程
解析：　一切与热现象有关的自然现象都具有方向性，应选ABCD.
答案：　ABCD
2．关于热传导的方向性，下列说法正确的是(　　)
A．热量只能由高温物体传给低温物体
B．热量能自发地由低温物体传给高温物体
C．在一定条件下，热量也可以从低温物体传给高温物体
D．热量一定不可能从低温物体传给高温物体
解析：　在有外力做功情况下，热量可以从低温物体传递给高温物体，而热量只能自发地从高温物体传给低温物体，故C选项正确．
答案：　C
3．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
D．压缩气体总能使气体的温度升高
解析：　热力学零度，即我们所说的－273.15 ℃，这个温度只能无限接近而不能达到，A错；由热力学第二定律知，物体不可能从单一热源吸收热量全部用来做功而不引起其他变化，换句话说，在引起其他变化的情况下，物体可以从单一热源吸收热量全部用来做功，所以B正确；根据热力学第一定律，ΔU＝W＋Q知，改变物体内能的方式是做功和热传递，所以物体吸收了热量或对物体做功其内能都不一定增加，故C、D错．
答案：　B
4．下列宏观过程能用热力学第二定律解释的是(　　)
A．大米和小米混合后小米能自发地填充到大米空隙中而经过一段时间大米、小米不会自动分开
B．将一滴红墨水滴入一杯清水中，会均匀扩散到整杯水中，经过一段时间，墨水和清水不会自动分开
C．冬季的夜晚，放在室外的物体随气温的降低，不会由内能自发地转化为机械能而动起来
D．随着节能减排措施的不断完善，最终也不会使汽车热机的效率达到100%
解析：　热力学第二定律反映的是与热现象有关的宏观过程的方向性的规律，A不属于热现象，A错；由热力学第二定律可知B、C、D正确．
答案：　BCD
5．关于热力学第一定律和热力学第二定律，下列论述正确的是(　　)
A．热力学第一定律指出内能可以与其他形式的能相互转化，而热力学第二定律则指出内能不可能完全转化为其他形式的能，故这两条定律是相互矛盾的
B．内能可以转化为其他形式的能，只是会产生其他影响，故两条定律并不矛盾
C．两条定律都是有关能量的转化规律，它们不但不矛盾，而且没有本质区别
D．其实，能量守恒定律已经包含了热力学第一定律和热力学第二定律
答案：　BCD
6．随着世界经济的快速发展，能源短缺问题日显突出，近期油价不断攀升，已对各国人民的日常生活造成了各种影响，如排长队等待加油的情景已经多次在世界各地发生，能源成为困扰世界经济发展的重大难题之一，下列有关能量转化的说法中错误的是(　　)
A．不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他的变化
B．只要对内燃机不断改进，就可以把内燃机得到的全部内能转化为机械能
C．满足能量守恒定律的物理过程都能自发的进行
D．外界对物体做功，物体的内能必然增加
解析：　由热力学第二定律的开尔文表述可知A对．热机效率总低于100%，B错．满足能量守恒的过程未必能自发进行，任何过程一定满足热力学第二定律，C错．由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，W>0，ΔU不一定大于0，即内能不一定增加，D错．
答案：　BCD
7．(2011·大纲全国卷·14)关于一定量的气体，下列叙述正确的是(　　)
A．气体吸收的热量可以完全转化为功
B．气体体积增大时，其内能一定减少
C．气体从外界吸收热量，其内能一定增加
D．外界对气体做功，气体内能可能减少
解析：　由热力学第二定律知，热量可以完全转化为功，但要引起其他变化，A选项对．由热力学第一定律ΔU＝W＋Q知，改变物体内能的两种方式是做功和热传递，B项只说明气体对外做功，没有考虑热传递；C项只说明气体从外界吸收热量，没有考虑做功情况，故B、C选项均错，D选项对．
答案：　AD
8．如图所示是制冷机的工作原理图，试分析每个过程中工作物质的内能改变情况和引起改变的物理过程：
(1)工作物质的内能________，是________的过程；
(2)工作物质的内能________，是________的过程；
(3)工作物质的内能________，是________的过程．
解析：　在(1)中电动机推动活塞，压缩气体，对气体做功，内能增加，在(2)中，气体液化要放出热量，内能减小；在(3)中，是工作物质的汽化过程，要吸收热量，内能增加．
答案：　(1)增加　做功　(2)减小　放热　(3)增加　吸热