人教版高中物理選修-熱力學(xué)第二定律的微觀解釋-課件

1、 熱傳導(dǎo)，以作為標(biāo)準(zhǔn)，熱量總是從高溫物體傳向低溫物體，直到溫度相等為止。 熱傳導(dǎo)，以作為標(biāo)準(zhǔn)，熱量總是從高溫物體傳向低溫 氣體擴(kuò)散以密度作為標(biāo)準(zhǔn)，從密度大地方向密度小的地方擴(kuò)散，直到密度相同時(shí)為止。 氣體擴(kuò)散以密度作為標(biāo)準(zhǔn)，從密度大地方向密度小的想一想 既然各種不可逆過(guò)程是相互關(guān)聯(lián)的，相互一致的。那么能不能找出一個(gè)物理量來(lái)作為共同標(biāo)準(zhǔn)，來(lái)判斷任按統(tǒng)計(jì)規(guī)律任何不可逆過(guò)程的方向與限度呢？而宏觀表現(xiàn)總是源于微觀統(tǒng)計(jì)規(guī)律，所以可以從微觀來(lái)尋找答案。想一想 既然各種不可逆過(guò)程是相互關(guān)聯(lián)的，相互一致10.5 熱力學(xué)第二定律 的微觀解釋 10.5 熱力學(xué)第二定律 的微觀解釋 有序和無(wú)序有序和無(wú)序 有序：只要

2、確定了某種規(guī)則，符合這個(gè)規(guī)則的就叫做有序。 無(wú)序：不符合某種確定規(guī)則的稱為無(wú)序。 無(wú)序意味著各處都一樣，平均、沒(méi)有差別，有序則相反。 有序和無(wú)序是相對(duì)的。 有序：只要確定了某種規(guī)則，符合這個(gè)規(guī)則的就叫做有序 學(xué)員休息時(shí)雜亂無(wú)章，集合哨一響，隊(duì)員迅速歸隊(duì)，隊(duì)伍整齊劃一。 學(xué)員休息時(shí)雜亂無(wú)章，集合哨一響，隊(duì)員迅速歸隊(duì)，宏觀態(tài)與微觀態(tài)宏觀態(tài)：符合某種規(guī)定、規(guī)則的狀態(tài)，叫做熱力學(xué)系統(tǒng)的宏觀態(tài)。微觀態(tài)：在宏觀狀態(tài)下，符合另外的規(guī)定、規(guī)則的狀態(tài)叫做這個(gè)宏觀態(tài)的微觀態(tài)。系統(tǒng)的宏觀態(tài)所對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)的多少表現(xiàn)為宏觀態(tài)無(wú)序程度的大小。如果一個(gè)“宏觀態(tài)”對(duì)應(yīng)的“微觀態(tài)”比較多，就說(shuō)這個(gè)“宏觀態(tài)”是比較無(wú)序的，同時(shí)也

3、決定了宏觀過(guò)程的方向性從有序到無(wú)序 。宏觀態(tài)與微觀態(tài)宏觀態(tài)：符合某種規(guī)定、規(guī)則的狀態(tài)，叫做熱力學(xué)系熱力學(xué)第二定律的微觀意義 下面從統(tǒng)計(jì)觀點(diǎn)探討過(guò)程的不可逆性微觀意義，并由此深入認(rèn)識(shí)第二定律的本質(zhì)。熱力學(xué)第二定律的微觀意義 下面從統(tǒng)計(jì)觀點(diǎn)探討過(guò)程的不 一個(gè)被隔板分為A、B相等兩部分的容器，裝有4個(gè)涂以不同顏色分子。開(kāi)始時(shí)，4個(gè)分子都在A部，抽出隔板后分子將向B部擴(kuò)散并在整個(gè)容器內(nèi)無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)。隔板被抽出后，4分子在容器中可能的分布情形如下圖所示：不可逆過(guò)程的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)（以氣體自由膨脹為例） 一個(gè)被隔板分為A、B相等兩部分的容器，裝有4分布（宏觀態(tài)）詳細(xì)分布（微觀態(tài)）14641分布詳細(xì)分布1 微觀態(tài)共

4、有24=16種可能的方式，而且4個(gè)分子全部退回到A部的可能性即幾率為1/24=1/16。 一般來(lái)說(shuō)，若有N個(gè)分子，則共2N種可能方式，而N個(gè)分子全部退回到A部的幾率1/2N.對(duì)于真實(shí)理想氣體系統(tǒng)N1023/mol，這些分子全部退回到A部的幾率為 。此數(shù)值極小，意味著此事件永遠(yuǎn)不會(huì)發(fā)生。從任何實(shí)際操作的意義上說(shuō)，不可能發(fā)生此類事件。 微觀態(tài)共有24=16種可能的方式，而且4個(gè)分 對(duì)單個(gè)分子或少量分子來(lái)說(shuō)，它們擴(kuò)散到B部的過(guò)程原則上是可逆的。 對(duì)大量分子組成的宏觀系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，它們向B部自由膨脹的宏觀過(guò)程實(shí)際上是不可逆的。這就是宏觀過(guò)程的不可逆性在微觀上的統(tǒng)計(jì)解釋。 對(duì)單個(gè)分子或少量分子來(lái)說(shuō)，它們擴(kuò)散

5、到B部的過(guò)第二定律的統(tǒng)計(jì)表述（依然看前例）分布（宏觀態(tài)）詳細(xì)分布（微觀態(tài)）第二定律的統(tǒng)計(jì)表述（依然看前例）分布詳細(xì)分布 上邊一列的各種分布僅指出A、B兩邊各有幾個(gè)分子，代表的是系統(tǒng)可能的宏觀態(tài)。中間各列是詳細(xì)的分布，具體指明了這個(gè)或那個(gè)分子各處于A或B哪一邊，代表的是系統(tǒng)的任意一個(gè)微觀態(tài)。 4個(gè)分子在容器中的分布對(duì)應(yīng)5種宏觀態(tài)。對(duì)應(yīng)若干種一種宏觀態(tài)微觀態(tài)。不同的宏觀態(tài)對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)不同。均勻分布對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)最多。全部退回A邊僅對(duì)應(yīng)一種微觀態(tài) 上邊一列的各種分布僅指出A、B兩邊各有幾個(gè)分統(tǒng)計(jì)物理基本假定等幾率原理：對(duì)于孤立系，各種微觀態(tài)出現(xiàn)的可能性（或幾率）是相等的。 各種宏觀態(tài)不是等幾率的。

6、那種宏觀態(tài)包含的微觀態(tài)數(shù)多，這種宏觀態(tài)出現(xiàn)的可能性就大。統(tǒng)計(jì)物理基本假定等幾率原理：對(duì)于孤立系，各種微觀態(tài)出現(xiàn)的可 定義熱力學(xué)幾率：與同一宏觀態(tài)相應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)稱為熱力學(xué)幾率。記為 。 在上例中，均勻分布這種宏觀態(tài)，相應(yīng)的微觀態(tài)最多，熱力學(xué)幾率最大，實(shí)際觀測(cè)到的可能性或幾率最大。 對(duì)于1023個(gè)分子組成的宏觀系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，均勻分布這種宏觀態(tài)的熱力學(xué)幾率與各種可能的宏觀態(tài)的熱力學(xué)幾率的總和相比，此比值幾乎或?qū)嶋H上為100%。 定義熱力學(xué)幾率：與同一宏觀態(tài)相應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)稱為熱力學(xué) 平衡態(tài)相應(yīng)于一定宏觀條件下 最大的狀態(tài)。 熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)表述：孤立系統(tǒng)內(nèi)部所發(fā)生的過(guò)程總是從包含微觀態(tài)數(shù)少的宏觀態(tài)向包

7、含微觀態(tài)數(shù)多的宏觀態(tài)過(guò)渡，從熱力學(xué)幾率小的狀態(tài)向熱力學(xué)幾率大的狀態(tài)過(guò)渡。 自然過(guò)程總是向著使系統(tǒng)熱力學(xué)幾率增大的方向進(jìn)行。 平衡態(tài)相應(yīng)于一定宏觀條件下 最大的狀態(tài)。 熱力注意：微觀狀態(tài)數(shù)最大的平衡態(tài)狀態(tài)是最混亂、最無(wú)序的狀態(tài)。 一切自然過(guò)程總是沿著無(wú)序性增大的方向進(jìn)行。注意：微觀狀態(tài)數(shù)最大的平衡態(tài)狀態(tài)是最混亂、最無(wú)序的狀態(tài)。 熱力學(xué)第二定律的適用范圍1.適用于宏觀過(guò)程對(duì)微觀過(guò)程不適用，如布朗運(yùn)動(dòng)。熱力學(xué)第二定律的適用范圍1.適用于宏觀過(guò)程對(duì)微觀過(guò)程不適用，2.孤立系統(tǒng)有限范圍。對(duì)整個(gè)宇宙不適用2.孤立系統(tǒng)有限范圍。對(duì)整個(gè)宇宙不適用熵 熵指的是體系的混亂的程度，它在控制論、概率論、數(shù)論、天體物理

8、、生命科學(xué)等領(lǐng)域都有重要應(yīng)用，在不同的學(xué)科中也有引申出的更為具體的定義，是各領(lǐng)域十分重要的參量。熵由魯?shù)婪蚩藙谛匏梗≧udolf Clausius）提出，并應(yīng)用在熱力學(xué)中。后來(lái)在，克勞德艾爾伍德香農(nóng)（Claude Elwood Shannon）第一次將熵的概念引入到信息論中來(lái)。 人教版高中物理選修3-3第10章第5節(jié)熱力學(xué)第二定律的微觀解釋(共32張PPT)【PPT優(yōu)秀課件】-精美版人教版高中物理選修3-3第10章第5節(jié)熱力學(xué)第二定律的微觀解釋(共32張PPT)【PPT優(yōu)秀課件】-精美版熵 熵指的是體系的混亂的程度，它在控制論、概率論、 熱力學(xué)第二定律是根據(jù)大量觀察結(jié)果總結(jié)出來(lái)的規(guī)律，有下述表

9、述方式：在孤立系統(tǒng)中，實(shí)際發(fā)生的過(guò)程總使整個(gè)系統(tǒng)的熵值增大，此即熵增原理。摩擦使一部分機(jī)械能不可逆地轉(zhuǎn)變?yōu)闊幔轨卦黾?。熱量dQ由高溫(T1)物體傳至低溫(T2)物體，高溫物體的熵減少dS1=dQ/T1，低溫物體的熵增加dS2=dQ/T2，把兩個(gè)物體合起來(lái)當(dāng)成一個(gè)系統(tǒng)來(lái)看，熵的變化是dSdS2+dS10，即熵是增加的。人教版高中物理選修3-3第10章第5節(jié)熱力學(xué)第二定律的微觀解釋(共32張PPT)【PPT優(yōu)秀課件】-精美版人教版高中物理選修3-3第10章第5節(jié)熱力學(xué)第二定律的微觀解釋(共32張PPT)【PPT優(yōu)秀課件】-精美版 熱力學(xué)第二定律是根據(jù)大量觀察結(jié)果總結(jié)出來(lái)的規(guī)物理學(xué)家玻爾茲曼將熵定

10、義為一種特殊狀態(tài)的概率：原子聚集方式的數(shù)量?？删_表示為：S=KlogW K是比例常數(shù)，現(xiàn)在稱為玻爾茲曼常數(shù)。人教版高中物理選修3-3第10章第5節(jié)熱力學(xué)第二定律的微觀解釋(共32張PPT)【PPT優(yōu)秀課件】-精美版人教版高中物理選修3-3第10章第5節(jié)熱力學(xué)第二定律的微觀解釋(共32張PPT)【PPT優(yōu)秀課件】-精美版物理學(xué)家玻爾茲曼將熵定義為一種特殊狀態(tài)的概率：原子聚集 熵和系統(tǒng)內(nèi)能一樣都是一個(gè)狀態(tài)函數(shù)，僅由系統(tǒng)的狀態(tài)決定。從分子運(yùn)動(dòng)論的觀點(diǎn)來(lái)看，熵是分子熱運(yùn)動(dòng)無(wú)序(混亂)程度的定量量度。一個(gè)系統(tǒng)的熵是隨著系統(tǒng)狀態(tài)的變化而變化的。在自然過(guò)程中，系統(tǒng)的熵是增加的。在絕熱過(guò)程或孤立系統(tǒng)中，熵是

11、增加的，叫做熵增加原理。對(duì)于其它情況，系統(tǒng)的熵可能增加，也可能減小。從微觀的角度看，熱力學(xué)第二定律是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律：一個(gè)孤立系統(tǒng)總是從熵小的狀態(tài)向熵大的狀態(tài)發(fā)展，而熵值較大代表著較為無(wú)序，所以自發(fā)的宏觀過(guò)程總是向無(wú)序程度更大的方向發(fā)展。 人教版高中物理選修3-3第10章第5節(jié)熱力學(xué)第二定律的微觀解釋(共32張PPT)【PPT優(yōu)秀課件】-精美版人教版高中物理選修3-3第10章第5節(jié)熱力學(xué)第二定律的微觀解釋(共32張PPT)【PPT優(yōu)秀課件】-精美版 熵和系統(tǒng)內(nèi)能一樣都是一個(gè)狀態(tài)函數(shù)，僅由系統(tǒng)的了解 絕對(duì)零度：絕對(duì)零度是根據(jù)理想氣體所遵循的規(guī)律，用外推的方法得到的。用這樣的方法，當(dāng)溫度降低到-273

12、.15時(shí)，氣體的體積將減小到零。如果從分子運(yùn)動(dòng)論的觀點(diǎn)出發(fā)，理想氣體分子的平均平動(dòng)動(dòng)能由溫度T確定，那么也可以把絕對(duì)零度說(shuō)成是“理想氣體分子停止運(yùn)動(dòng)時(shí)的溫度”。以上兩種說(shuō)法都只是一種理想的推理。 人教版高中物理選修3-3第10章第5節(jié)熱力學(xué)第二定律的微觀解釋(共32張PPT)【PPT優(yōu)秀課件】-精美版人教版高中物理選修3-3第10章第5節(jié)熱力學(xué)第二定律的微觀解釋(共32張PPT)【PPT優(yōu)秀課件】-精美版了解 絕對(duì)零度：絕對(duì)零度是根據(jù)理想氣體所遵循的1、有序和無(wú)序 宏觀態(tài)和微觀態(tài) 一切自然過(guò)程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無(wú)序性增大的方向進(jìn)行。 系統(tǒng)的宏觀態(tài)所對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)的多少表現(xiàn)為宏觀態(tài)無(wú)序程度的大小

13、。如果一個(gè)“宏觀態(tài)”對(duì)應(yīng)的“微觀態(tài)”比較多，就說(shuō)這個(gè)“宏觀態(tài)”是比較無(wú)序的，同時(shí)也決定了宏觀過(guò)程的方向性從有序到無(wú)序 。人教版高中物理選修3-3第10章第5節(jié)熱力學(xué)第二定律的微觀解釋(共32張PPT)【PPT優(yōu)秀課件】-精美版人教版高中物理選修3-3第10章第5節(jié)熱力學(xué)第二定律的微觀解釋(共32張PPT)【PPT優(yōu)秀課件】-精美版1、有序和無(wú)序 宏觀態(tài)和微觀態(tài) 一切自然過(guò)2、熵的概念3、熱力學(xué)第二定律的微觀解釋 一個(gè)孤立系統(tǒng)總是從熵小的狀態(tài)向熵大的狀態(tài)發(fā)展，而熵值較大代表著較為無(wú)序，所以自發(fā)的宏觀過(guò)程總是向無(wú)序程度更大的方向發(fā)展。 人教版高中物理選修3-3第10章第5節(jié)熱力學(xué)第二定律的微觀解釋

14、(共32張PPT)【PPT優(yōu)秀課件】-精美版人教版高中物理選修3-3第10章第5節(jié)熱力學(xué)第二定律的微觀解釋(共32張PPT)【PPT優(yōu)秀課件】-精美版2、熵的概念3、熱力學(xué)第二定律的微觀解釋 一課堂練習(xí)1. 一個(gè)物體在粗糙的平面上滑動(dòng)，最后 停止。系統(tǒng)的熵如何變化？ 解析：因?yàn)槲矬w由于受到摩擦力而停止運(yùn)動(dòng)，其動(dòng)能變?yōu)橄到y(tǒng)的內(nèi)能，增加了系統(tǒng)分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的程度，使得無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，也就是系統(tǒng)的無(wú)序程度增加了，所以系統(tǒng)的熵增加。友情提示：本題考查的是對(duì)熵增加原理的理解和應(yīng)用。人教版高中物理選修3-3第10章第5節(jié)熱力學(xué)第二定律的微觀解釋(共32張PPT)【PPT優(yōu)秀課件】-精美版人教版高中物理選修

15、3-3第10章第5節(jié)熱力學(xué)第二定律的微觀解釋(共32張PPT)【PPT優(yōu)秀課件】-精美版課堂練習(xí)1. 一個(gè)物體在粗糙的平面上滑動(dòng)，最后 停課后習(xí)題1. 解析：(1)概率 (2)概率 (3)概率 人教版高中物理選修3-3第10章第5節(jié)熱力學(xué)第二定律的微觀解釋(共32張PPT)【PPT優(yōu)秀課件】-精美版人教版高中物理選修3-3第10章第5節(jié)熱力學(xué)第二定律的微觀解釋(共32張PPT)【PPT優(yōu)秀課件】-精美版課后習(xí)題1. 解析：(1)概率 (2)概率 (3)概率 人教(4)無(wú)序性增大了2. 道理與氣體擴(kuò)散相近思考與討論答案 “左右各有2個(gè)分子”的微觀態(tài)有6個(gè)；“左室有1個(gè)分子右室有3個(gè)分子”的微觀態(tài)

16、有4個(gè)。 人教版高中物理選修3-3第10章第5節(jié)熱力學(xué)第二定律的微觀解釋(共32張PPT)【PPT優(yōu)秀課件】-精美版人教版高中物理選修3-3第10章第5節(jié)熱力學(xué)第二定律的微觀解釋(共32張PPT)【PPT優(yōu)秀課件】-精美版(4)無(wú)序性增大了2. 道理與氣體擴(kuò)散相近思考與討論答案 人教版高中物理選修3-3第10章第5節(jié)熱力學(xué)第二定律的微觀解釋(共32張PPT)【PPT優(yōu)秀課件】-精美版人教版高中物理選修3-3第10章第5節(jié)熱力學(xué)第二定律的微觀解釋(共32張PPT)【PPT優(yōu)秀課件】-精美版人教版高中物理選修3-3第10章第5節(jié)熱力學(xué)第二定律的微觀1.某林場(chǎng)中繁殖力極強(qiáng)老鼠種群數(shù)量的增長(zhǎng)會(huì)受密度制

17、約2.魚(yú)塘中某種魚(yú)的養(yǎng)殖密度不同時(shí),單位水體該魚(yú)的產(chǎn)量有可能相同3.物體的兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)是直線運(yùn)動(dòng)，則它們的合運(yùn)動(dòng)一定是直線運(yùn)動(dòng)4.若兩個(gè)互成角度的分運(yùn)動(dòng)分別是勻速直線運(yùn)動(dòng)和勻加速直線運(yùn)動(dòng)，則合運(yùn)動(dòng)一定是曲線運(yùn)動(dòng)5.科學(xué)家在對(duì)黃化豌豆幼苗切段的實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)，低濃度的生長(zhǎng)素促進(jìn)細(xì)胞的伸長(zhǎng)，但生長(zhǎng)素濃度增高到一定值時(shí)，就會(huì)促進(jìn)切段中乙烯的合成，而乙烯含量的增高，反過(guò)來(lái)又抑制了生長(zhǎng)素促進(jìn)切段細(xì)胞伸長(zhǎng)的作用。6.科學(xué)家在對(duì)黃化豌豆幼苗切段的實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)，低濃度的生長(zhǎng)素促進(jìn)細(xì)胞的伸長(zhǎng)，但生長(zhǎng)素濃度增高到一定值時(shí)，就會(huì)促進(jìn)切段中乙烯的合成，而乙烯含量的增高，反過(guò)來(lái)又抑制了生長(zhǎng)素促進(jìn)切段細(xì)胞伸長(zhǎng)的作用。7.先用低倍鏡找到葉肉細(xì)胞，然后換用高倍鏡觀察。注意觀察葉綠體隨著細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)的情況，仔細(xì)看看每個(gè)細(xì)胞中細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)的方向是否一致致。8.內(nèi)質(zhì)網(wǎng)以類似于“出芽”的形式形成具有膜的小泡，小泡離開(kāi)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，移動(dòng)到高爾基體與高爾基體融合，成為高爾基體的一部分。高爾基體又以“出芽”方式形成小泡，移動(dòng)到細(xì)胞膜與細(xì)胞膜融合，成為細(xì)胞膜的一部分。9.使細(xì)胞具有一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的內(nèi)部