5　熱力學第二定律的微觀解釋.pptx

1、第5節(jié) 熱力學第二定律的 微觀解釋,復習,熱力學第二定律的兩種表述：,總結：任何一類宏觀自然過程進行方向的說明都可以作為熱力學第二定律的表述.,二、熱力學第二定律的開爾文表述： 1.不可能從單一熱庫吸收，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響. 2.第二類永動機不可能制成,一、熱力學第二定律的克勞修斯表述： 熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體.,思考：為什么涉及熱運動的宏觀過程會有一定的方向性？如何從微觀的角度進行解釋說明？,投擲硬幣,觀看視頻，你能得到哪些概念？,1.有序和無序 有序：只要確定了某種規(guī)則，符合這個規(guī)則的就叫做有序. 無序：不符合某種確定規(guī)則的稱為無序. 無序意味著各處都一樣，平均

2、、沒有差別，有序則相反. 有序和無序是相對的.,一、有序和無序 宏觀態(tài)和微觀態(tài),2.宏觀態(tài)和微觀態(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)叫做這個宏觀態(tài)的微觀態(tài),系統(tǒng)的宏觀態(tài)所對應的微觀態(tài)的多少表現(xiàn)為宏觀態(tài)無序程度的大小。如果一個“宏觀態(tài)”對應的“微觀態(tài)”比較多，就說這個“宏觀態(tài)”是比較無序的.,觀看視頻，你能得到什么規(guī)律？,投擲硬幣2,思考：如果氣體向真空擴散，宏觀態(tài)和微觀態(tài)分別指什么？怎樣是有序？怎樣是無序？,容器左右等體積，左部有氣體，右部為真空.抽去隔板氣體自由膨脹. 系統(tǒng)宏觀態(tài)-用分子左、右兩部分的分配數(shù)目表示 系

3、統(tǒng)微觀態(tài)-用分子處在某一部分的具體情況表示.,二、氣體向真空的擴散,思考：假定容器中有4個分子，抽出隔板后，4個分子在容器中具有哪些可能的宏觀態(tài)和微觀態(tài)？氣體擴散后4個分子分布的最大一種可能和最小一種可能是什么？,分布 （宏觀態(tài)）,詳細分布 （微觀態(tài)）,抽出隔板后，4個分子在容器中可能的分布如圖所示,1,6,4,1,4,0,1,2,3,4,5,6,4個粒子分布,左4 右0,左3 右1,左2 右2,左1 右3,左0 右4,假設所有的微觀狀態(tài)其出現(xiàn)的可能性是相同的.,4粒子情況，總狀態(tài)數(shù)16， 左4右0 和 左0右4，幾率各為1/16； 左3右1和 左1右3 ，幾率各為1/4； 左2右2， 幾率為

4、3/8.,容器中有6個分子， 在容器中的位置可能分布,思考：通過以上的分析，能得到什么結論？,一切自發(fā)過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行.,熱力學第二定律的微觀解釋,熵的引入,“熵”是什么？“熵”是德國物理學家克勞修斯在1850年創(chuàng)造的一個術語，他用熵來表示任何一種能量在空間分布的均勻程度.能量分布得越均勻，熵就越大.如果對于我們所考慮的那個系統(tǒng)來說，能量完全均勻地分布，那么這個系統(tǒng)的熵就達到最大值.,簡單的說，“熵”就是微觀粒子的無序程度、能量差別的消除程度.,在克勞修斯看來,在一個封閉的系統(tǒng)中,運動總是從有序到無序發(fā)展的.,三、熵,比如，把一塊冰糖放入水中，結果整杯水都甜了.這就

5、是說，糖分子的運動擴展到了整杯水中，它們的運動變得更加無序了.對于一個封閉的系統(tǒng)，能量差也總是傾向于消除的.比如，有水位差的兩個水庫，如果把它們連接起來，那么，重力就會使一個水庫的水面降低，而使另一個水庫的水面升高，直到兩個水庫的水面均等，勢能取平為止.,克勞修斯總結說，自然界中的一個普遍規(guī)律是：運動總是從有序到無序，能量的差異總是傾向變成均等，也即“熵將隨著時間而增大”.,玻耳茲曼用熵 S來表示系統(tǒng)無序性的大小.定義熵與熱力學概率之間的關系為： S=kln 其中k為玻耳茲曼常量，上式稱為玻耳茲曼關系式或玻耳茲曼熵公式.,熵的微觀意義：系統(tǒng)內分子運動無序性的量度.,從微觀的角度看,熱力學第二定

6、律是一個統(tǒng)計規(guī)律：一個孤立系統(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序,所以自發(fā)的宏觀過程總是向無序程度更大的方向發(fā)展.,用熵 S 代替熱力學概率后，熱力學第二定律可以表述為：在孤立系統(tǒng)中進行的自發(fā)過程總是沿著熵增加的方向進行，它是不可逆的，平衡態(tài)相應于熵最大值的狀態(tài).熱力學第二定律的這一表述稱為熵增加原理.,日?，F(xiàn)象與熵增加原理,1.關于熱力學第二定律的微觀意義，下列說法正確的是( ) A.大量分子無規(guī)則的熱運動能夠自動轉變?yōu)橛行蜻\動 B.熱傳遞的自然過程是大量分子從有序運動狀態(tài)向無序運動狀 態(tài)轉化的過程 C.熱傳遞的自然過程是大量分子從無序程度小的運動狀態(tài)向無 序程度大的運動狀態(tài)轉化的過程 D.一切自然過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行,分子熱運動無序程度小,熵增加原理,無序程度大,CD,2.對于孤立體系中發(fā)生的實際過程，下列說法中正確的是( ) A.系統(tǒng)的總熵只能增大，不可能減小 B.系統(tǒng)的總熵可能增大，可能不變，還可能減小 C.系統(tǒng)逐漸從比較有