第2节 能量转化的方向性和效率

热力学第二定律文字表述热力学第二定律：能量的自发转化趋于增加熵热力学第二定律是热力学中的基本定律之一，它描述了能量转化的方向性。

热力学第二定律可以用许多方式表述，其中最常见的一种是熵的增加原理。

熵是热力学中一个重要的概念，它描述了系统的无序程度。

熵的增加表示系统的无序程度在自然过程中总是增加的。

换句话说，系统倾向于从有序的状态转化为无序的状态。

这个过程是自发进行的，不需要外界的干预。

为了更好地理解热力学第二定律，我们可以通过以下几个方面来加深理解。

1. 热传导：热传导是一种能量传递的方式，它遵循热力学第二定律。

热传导的基本原理是热量会自发地从高温物体传递到低温物体，而不会反过来。

这是因为高温物体的分子运动更剧烈，能量更加分散，而低温物体的分子运动较为缓慢，能量更加集中。

因此，热力学第二定律告诉我们，能量的自发传递是一个从高温到低温的过程。

2. 热机效率：热机效率是衡量热能转化效率的指标。

根据热力学第二定律，任何热机的效率都不能达到100%。

热机效率的上限由卡诺循环给出，它是一个理想化的热机模型。

卡诺循环在等温和绝热过程中工作，通过最大限度地减少熵的增加来提高效率。

然而，无论如何优化，热力学第二定律限制了热机的效率，使其无法达到100%。

3. 熵的增加：熵的增加是热力学第二定律的核心概念。

熵的增加意味着能量转化过程中的无序程度增加。

例如，当我们将一杯热水与冷水混合时，热水的热量会传递给冷水，使整个系统的熵增加。

这个过程是不可逆的，因为无法将冷水的热量再转移回热水，使系统回到原始的有序状态。

4. 热力学箭头：热力学第二定律还引入了时间箭头的概念。

时间箭头指出自然界中一些过程的不可逆性。

根据热力学第二定律，系统倾向于从有序到无序的方向发展，即由低熵状态向高熵状态转化。

这个过程是不可逆的，无法通过反向过程恢复原始的有序状态。

总结起来，热力学第二定律描述了能量转化的方向性，即能量自发地从高温物体传递到低温物体，使系统的无序程度增加。

18.4能量转化的基本规律◆要点1 能量守恒定律（1）内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而在转化或转移过程中，能量的总量保持不变，这个规律叫能量守恒定律。

（2）意义：①能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本规律之一。

②从原子到宇宙，只要有能量转化，就一定服从能量守恒定律。

◆要点2 能量的转化（1）能量存在的形式：机械能、内能、电能、化学能、光能、核能等。

（2）能量的转化：不同形式的能在一定的条件下，可以相互转化。

（3）能量的转移：能量可以从一个物体转移到另一个物体，也可以从物体的一部分转移到另一部分。

（4）能量转化和转移的区别：转化，能量的形式发生变化；转移，能量的形式没有变化。

◆要点3 能量转移和转化的方向性（1）方向性：能量的转化和转移都有方向性。

（2）能量的利用：我们在能量的转化和转移过程中利用能量。

18.5 能源与可持续发展◆要点1 能量转化的效率（1）能量转化装置的效率：输出的有用能量与输入的总能量的比值叫能量转化装置的效率。

（2）能量转化装置的效率计算：效率=输出的有用能量×100%输入的总能量◆要点2 能源与可持续发展（1）能源问题：①世界上能源消耗巨大，化石能源蕴藏量有限；②能源消耗会造成不同程度的环境恶化。

（2）解决能源危机：①节约常规能源，提高利用率。

②改进能源结构、大力开发新能源。

Δ基础题系列◆1. (2019·黄石)能源科技的发展促进了人类文明的进步，下列有关能源的说法错误的是（）A．目前的核电站是靠原子核的裂变进行发电的B．能量转化是守恒的，所以能源是取之不尽用之不竭的C．风力发电机将风能转化为电能D．水能、太阳能都是可再生能源【答案】B【解析】A、核电站发电利用的是原子核的裂变，故A正确；B、能量虽守恒，但可以利用的能源是有限的，不是取之不尽用之不竭的，故B错误；C、水电站主要是将水中蕴含的机械能转化为电能，故C正确；D、水能、太阳能可以从自然界源源不断地得到，属可再生能源，故D正确。

第十四章内能的利用一.教材组成：本章包括热机、热机的效率、能量的转化和守恒等三节内容。

二.教材分析：本章内容分成两部分：内能的利用、能量守恒定律。

主要内容包括：内能在实际生活中的应用----热机的工作原理，并介绍了燃料的热值、能量利用的效率等知识；从能量的角度把各种现象联系起来阐述能量守恒定律的内涵及其普遍性、重要性。

三.学情分析：学生在上一章已学习了内能的本质、内能的改变等知识，为本章学习内能的利用奠定了基础。

热机是人们生产和生活中必不可少的机器，尤其是汽车等交通工具的普及，让学生更有了探究的欲望。

四.教学目标：1.了解内能的利用在生活中的主要意义。

2.从能量转化的角度认识燃料的热值。

3.通过实例认识能量可以从一个物体转移到另一个物体，不同形式的能量可以相互转化。

五.教学重点：1.汽油机的工作原理及内能的转化过程，燃料的热值。

2.热值的物理意义及相关计算。

3.能的转化和守恒定律，知道能的转化和守恒定律是自然界最基本的定律。

六.教学难点：1.汽油机的工作原理。

2.热机中的能量转化及损失，了解热机效率。

3.运用能的转化和守恒定律对一些自然现象进行分析，说明能量是怎样转化或转移的。

七.教法：实验，模型演示，引导，举例，例题讲解。

八.学法：阅读，讨论，观察，练习。

九.课时安排：1.第一节：热机 1课时2.第二节：热机的效率 1课时3.第三节：能量的转化和守恒 1课时4.第十四章：内能的利用复习 1课时课题：第一节热机课型：新授课主备教师：李宏教学目标：1.知识与技能(1)、了解四冲程汽油机的基本工作原理。

(2)了解柴油机与汽油机工作原理的相同与不同。

2.过程与方法（1）通过演示实验使学生了解可以利用内能来做功。

（2）利用模型讲解四冲程汽油机的基本结构和工作原理。

3．情感、态度、价值观（1）通过演示实验培养学生观察和分析问题的能力。

（2）通过阅读“科学世界现代汽车”扩展学生的知识面。

教学重点：四冲程汽油机的基本工作原理及能量的转化过程。