物理優秀教學論文談談熱力學第二定律的教學

物理優秀教學論文談談熱力學第二定律的教學

　　熱力學第二定律表明自然界中一切與熱現象有關的宏觀過程都是不可逆的。不可逆過程指的是系統經歷一個過程后，需要借助外界的幫助才能（即不能自發的）重新回到原來狀態從而給外界留下痕跡，這樣的過程稱為不可逆過程。自然界中關于不可逆的過程有許多，例如，水往低處流，但水不能自發的從低處往高處流，必須借助幫助例如抽水機，但卻消耗了電能，給外界留下了痕跡，說明水的流動具有方向性。又例如熱量從高溫向低溫傳遞，但熱量不能自發從低溫向高溫傳遞，必須借助外界的幫助從而給外界留下痕跡。再例如物體在粗糙平面上滑行最終靜止，動能轉化為內能，接觸面溫度升高，但此時內能不可能自發的轉化為機械能，使得接觸面溫度降低，物體的動能變大，系統回到原來的狀態。當然，借助外界的幫助可以實現這個過程，但要引起外界的變化。種種現象表明，自然界有許多的宏觀過程具有方向性。

　　對于熱力學第二定律，學生總是有這樣以下誤解，有必要進行澄清和鞏固理解。

　　首先認為宏觀過程的方向性指的是系統可以從一個狀態向另一個狀態轉變，但不能從該狀態回到原來狀態，對熱力學第二定律成立的條件理解不夠。例如，認為熱量可以從高溫向低溫傳遞，但不能從低溫向高溫傳遞，實際上，該過程是可以實現的，只不過不是自發的，而是借助外界的幫助才能實現，這才是熱力學第二定律要告訴我們的信息。在這里，以冰箱的工作原理為例子來幫助學生理解。冰箱是通過消耗電能，壓縮工作物質，通過工作物質把熱量從低溫傳向高溫，在這里展現了低溫向高溫傳遞熱量過程的可實現性，但條件是什么，是消耗了電能，給外界造成影響，因而這一過程不是自發的，是不可持續的。

　　其次要強調的是熱力學第二定律與第一定律的關系。從一個過程到另一個過程盡管不違反熱力學第一定律，但卻違反熱力學第二定律。例如第二類永動機，它從單一熱源吸收熱量完全轉變為功，不引起其他變化。如果能實現，則可造這樣的一臺機器，直接從海水中吸收熱量用來全部做功，解決能源的短缺問題。在這個過程中，吸收的熱量轉變成了功，是遵守熱力學第一定律的，但該過程要引起外界的變化，是不可持續的。這樣，進一步鞏固了宏觀過程的方向性問題。

　　再次要指出的是熱力學第二定律表述的普遍性，因為具有方向性的宏觀過程是普遍存在的，因此，可以針對每一現象對熱力學第二定律進行表述，例如可以表述成第二類永動機不可制成，不可能使墨水在水中擴散后完全恢復而不引起外界的任何變化，不可能使熱量從低溫物體傳向高溫物體而不引起其他變化，不可能使燃燒后的紙完全恢復而不引起其他變化……這樣，就進一步表明了自然界中具有方向性的宏觀過程是普遍存在的，加深了熱力學第二定律的理解和應用。

　　最后，由于熱力學第二定律描述的是物理過程的因果轉化關系，具有一定的推理性，比較抽象，學生理解有誤差乃至不能應用是很自然的，教師應從多個角度剖析，校正理解的偏差，鞏固理解，加強應用，方能達到教學的目標。

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