热力学第二定律的教学释疑

杨端清

(汉川市第一高级中学 湖北 孝感 431600)

高中物理中的热力学第二定律，是教学的难点．热现象本身的复杂性和热力学第二定律表述的不唯一性，给教师和学生带来太多的困惑．有许多疑难问题，一些教师也难以理解通透，时常争论不休；或生吞活剥结论性语句，或妄自理解应用．最难理解的是开尔文表述，特别是“绝热膨胀”和“等温膨胀”，往往把几近想通了的思想又打回到原点．

笔者在长期教学中不断总结提炼．现进一步理清思路、鲜明观点、简化论据、择要剖析，促成此文，以就教于同行．

1 定律表述的多样性

热力学第二定律的表述多样．先看教材中的两种表述：

表述一(克劳修斯表述)：不可能把热量从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化．

表述二(开尔文表述)：不可能从单一热源吸取热使之完全变为功，而不引起其他变化．

因为改变物体的内能有两种方式：传热和做功，所以有对应的表述一和表述二．在这两种表述中都采用了“否定之否定”的方式，语句绕口，留下遐想和疑点颇多．

(1)两种表述中的“其他变化”分别指什么？

(2)表述一中，转移的热量是“完全”还是“一部分”？

(3)表述二中的“单一热源”，“完全变为功”，“引起其他变化”三者对应关系如何？

笔者认为，表述一中的“其他变化”应指双热源之外的其他物体“对系统做功现象”；而表述二中的“其他变化”是指除做功之外的“伴随现象”[2]．例如热机的“向冷库放热”，等温膨胀的“自身体积增大”．

为什么“等温膨胀”只有“单一热源”就能发生，并且把吸取的热量“全部”做功；……