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类型一 类型二 类型三
类型三 热力学温度与摄氏温度的关系
【例题3】 关于热力学温度,下列说法正确的是( ) A.-33 ℃=240 K B.温度变化1 ℃,也就是温度变化1 K C.摄氏温度与热力学温度都可能取负值 D.温度由t升至2t,对应的热力学温度升高了273 K+t 点拨:由T=273 K+t,即可求解此类问题。 解析:T=273 K+t,由此可知:-33 ℃=240 K,A正确,同时B正确;D中 初态热力学温度为273 K+t,末态为273 K+2t,温度变化t,故D错误;对 于摄氏温度可取负值的范围为-273~0 ℃,因绝对零度达不到,故热 力学温度不可能取负值,故C错误。 答案:AB
克劳修斯总结说,自然界中的一个普遍规律是:运动总是从有序 到无序,能量的差异总是倾向变成均等,也即“熵将随着时间而增大”。
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一二
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二、热力学温度的认识 热力学温度单位是开尔文,简称开,符号是K。开尔文是为了纪念
英国物理学家Lord Kelvin而命名的。 规定热力学温度的单位开(K)与摄氏温度的单位摄氏度(℃)完全
相同。1 K=1 ℃。在表示温度差或温度间隔时,用K和用℃的数值 相同。
特别提醒摄氏温度的1 ℃的分格与热力学温度的1 K的分格是等 价的,摄氏温度升高10 ℃与热力学温度升高10 K是一回事,但不能 说升高了283 K。
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三、熵增加原理 任何孤立系统,它的总熵永远不会减小;或者说,自然界的一切自
发过程,总是朝着熵增加的方向进行的。
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在克劳修斯看来,在一个封闭的系统中,运动总是从有序到无序 发展的。比如,把一块冰糖放入水中,结果整杯水都甜了。这就是 说,糖分子的运动扩展到了整杯水中,它们的运动变得更加无序了。 对于一个封闭的系统,能量差也总是倾向于消除的。比如,有水位 差的两个水库,如果把它们连接起来,那么,重力就会使一个水库的 水面降低,而使另一个水库的水面升高,直到两个水库的水面相等, 势能取平为止。
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类型一 类型二 类型三
题后反思①熟练应用T=t+273 K是解决有关摄氏温度与热力学
温度换算的基础。
②就一个分度来说,1 ℃和1 K相等,即ΔT=Δt。 ③对于同一个温度来说,用不同的温标表示,数值不同,这是因为
点拨:根据熵增加原理,自然界的一切自发的过程总是朝着熵增 加的方向进行,而熵是描述系统无序程度的物理量。熵越大,无序 程度越高,所以,熵的增加就意味着系统无序程度的增加,即从有序 向无序的方向转化。
解析:例如:燃料的燃烧、气体的扩散、破镜不能复原、覆水难 收、一切生命体从生到亡等都是从有序变为无序的例子。
答案:见解析 题后反思一切自发的不可逆的过程都是从有序到无序。
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类型二
生活中的熵增加原理
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一、能量的耗散与退化 在自然界的种种变化中,能量的总值虽然保持不变(守恒),但是能
量可被利用的价值却越来越小,或者说能量的品质在逐步降级,这 就是能量的耗散与退化。
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四、有序向无序的转化 1.熵 熵是表征系统的无序程度的物理量,熵越大,系统的无序程度越高。 2.有序和无序 系统自发的过程总是从有序变为无序的;从微观的角度说,热传递
过程也是从比较有序的状态变成比较无序的状态。
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一二
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一、熵与熵增加原理的理解 “熵”是什么?“熵”是德国物理学家克劳修斯创造的一个术语,他用
熵来表示任何一种能量在空间分布的均匀程度。能量分布得越均 匀,熵就越大。如果对于我们所考虑的那个系统来说,能量完全均 匀地分布,那么这个系统的熵就达到最大值。简单地说,“熵”就是微 观粒子的无序程度、能量差别的消除程度。
当我们开发利用地球上的能源时,并不会减少地球上的能量,而 是将能源中高度有用的能量形式降低为不大可用的能量形式。
使用电炉时,电能转化为内能,这个系统能否依靠自身的作用(自发 地)回到原来的状态?
提示:不能,除非系统靠外界的帮助。而“外界的帮助”将更多地消 耗其他形式的能,产生出更多的内能。
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二、绝对零度不可达到 1.绝对零度 宇宙中存在着温度的下限:-273.15℃,即绝对零度。 2.热力学温度 热力学温度用T表示,单位是开尔文,符号是K,热力学温度T与摄
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3关于热力学温标的正确说法是( ) A.热力学温标是一种更为科学的温标 B.热力学温标的零度为-273.15 ℃,叫绝对零度 C.气体温度趋近于绝对零度时其体积为零 D.在绝对零度附近气体已液化,所以它的压强不会为零 解析:热力学温标在科学计算中,特别体现在热力学方程中,使方程 更简单,更科学,故A对;B是热力学温标的常识,正确;气体趋近于绝 对零度时,已液化,但有体积,故其压强不为零,C错,D对。 答案:ABD
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4热力学第二定律的开尔文表述指出:内能与机械能的转化具有方 向性。请结合熵的变化加以解释。 答案:机械运动是宏观情况下物体在空间位置上的变化,物体运动 状态的变化完全遵循牛顿运动定律所反映的因果关系,这是一种有 序的运动。热运动是大量分子的无规则运动,系统的一个宏观状态 包含着大量的微观状态,这是一种无序的运动。机械运动向热运动 的转化,属于从有序向无序的转化,会导致熵的增加,符合热力学的 规律,因此机械能可以全部转化为内能。反之,热运动向机械运动 的转化,属于从无序向有序的转化,即从高熵向低熵转化,不符合熵 增加原理,因此内能向机械能的转化不能全部实现。
氏温度t之间的换算关系是T=t+273.15 K。 3.热力学第三定律 对大量事实的研究分析表明,不可能通过有限的过程把物体冷却
到绝对零度。
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【例题2】 一个物体在粗糙的平面上滑动,最后停止。系统的熵 如何变化?
点拨:本题考查的是对熵增加原理的理解和应用。 解析:因为物体由于受到摩擦力而停止运动,其动能变为系统的 内能,增加了系统分子无规则运动的程度,使得无规则运动加强,也 就是系统的无序程度增加了,所以系统的熵增加了。 答案:见解析 题后反思机械能转化为内能,电能转化为内能,一切能量最终的 归宿都是内能,而这些内能不可再回收,因此使自然界的熵增加。
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