Презентация Необратимость тепловых процессов, второй закон термодинамики

1.

«То, что мы наблюдаем, зависит не
только от природы, но и от способа,
которым мы её наблюдаем.»
Вернер Гейзенберг
5 декабря 1901 г. – 1 февраля 1976 г.

2.

Как вы думаете, почему время не может идти вспять?
А ведь с точки зрения механики законы одинаковы
вперёд и назад! Но во Вселенной всё — от
остывающего чая до расширяющейся звезды —
подчиняется второму закону термодинамики
Сегодня мы узнаем, почему беспорядок растёт, а
порядок требует энергии.

3. Тема урока: Необратимость тепловых процессов, второй закон термодинамики Цель урока: Понять, почему тепловые процессы в природе

протекают только в одном направлении (от горячего
к холодному),узнать суть второго закона
термодинамики,
научиться объяснять примеры необратимых
процессов в жизни и делать вывод о сохранении и
рассеивании энергии.

4.

Повторим: первый закон термодинамики
Энергия не исчезает и не появляется из ничего, она
только превращается из одной формы в другую.
Формула:
Но…
Первый закон не говорит, в каком направлении идёт процесс.
Он не объясняет, почему тепло всегда переходит от горячего тела к холодному, а
не наоборот.

5.

К примеру, почему чай остывает, а не нагревается сам?
Когда вы наливаете горячий чай и оставляете его на
столе, он постепенно остывает. Через некоторое
время его температура становится такой же, как у
воздуха вокруг.
Но никто никогда не видел, чтобы чай
самопроизвольно нагрелся, забрав тепло из воздуха.
Первый закон термодинамики говорит:
Энергия сохраняется, но не указывает, в каком направлении она передаётся.
Чтобы понять направление, нужен второй закон термодинамики.
Он утверждает:
Теплота самопроизвольно всегда передаётся от более тёплого тела к более холодному.

6.

Второй закон термодинамики
Учёные сформулировали этот закон по-разному, но смысл один.
Формулировка Клаузиуса (немецкий физик):
Теплота самопроизвольно передаётся только от тела с
более высокой температурой к телу с более низкой.
2 января 1822 г. – 24 августа 1888 г.
Формулировка Кельвина (английский физик):
Невозможно построить тепловую машину, которая
превращала бы всё получаемое тепло в работу без потерь.
26 июня 1824 г. – 17 декабря 1907 г.

7.

Что же это означает на практике
Когда работает двигатель, часть энергии идёт на полезную
работу, но часть неизбежно рассеивается в виде тепла.
Когда нагревается чайник, часть электричества превращается
в тепло, но часть уходит в окружающую среду.
Когда работает человек или животное, выделяется энергия, но
при этом тело нагревается — часть энергии теряется.

8.

Если первый закон говорит “энергия сохраняется”,
то второй — “энергия рассеивается и не может быть полностью использована повторно”.
Представьте, что вы высыпаете коробку с цветными карандашами.
Пока они лежали аккуратно — система была упорядоченной.
Но после высыпания они перемешались — порядок нарушился.
Обратно сами они не вернутся — для этого нужно
вмешательство извне (человеческая “работа”). Так и
с теплом: чтобы вернуть энергию в “порядок”,
нужно затратить внешнюю энергию.
В природе нет процессов, которые полностью превращают тепло в
работу без потерь. Теплота всегда частично рассеивается, и это
делает тепловые процессы необратимыми.

9.

Итог урока:
1. Тепловые процессы в природе необратимы.
Тепло всегда самопроизвольно переходит от горячего
тела к холодному, но не наоборот.
2. Первый закон термодинамики говорит, что энергия сохраняется.
Второй закон термодинамики показывает, что энергия при этом рассеивается,
и невозможно полностью превратить теплоту в работу.
3. Необратимость означает, что для обратного процесса нужно
затратить дополнительную энергию — без этого он не произойдёт.
4. Вывод:
Все реальные процессы идут в одном направлении — к выравниванию
температур и росту беспорядка.
Вечный двигатель невозможен, потому что всегда есть потери тепла.

10.

11.

12.

Задание 1. Обсудите и выберите
верные утверждения:
1–
2–
3–
4–
5–
6–
7–
8–
9–
Задание 2. Решите задачу (вспоминаем первый
закон термодинамики):
верно
неверно
неверно
верно
неверно
верно
неверно
неверно
верно
Задание 3. Установите соответствие:
Тепло само передаётся от горячего к холодному → Закон Клаузиуса
Невозможно полностью превратить теплоту в работу → Закон Кельвина
Вечный двигатель невозможен → Следствие второго закона
В реальных процессах часть энергии рассеивается → Суть необратимости
Энергия сохраняется при любых процессах → Первый закон термодинамики

13.

14.

15. Спасибо за урок!