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《高中物理 第十章 热力学定律 56 热力学第二定律的微观解释 能源和可持续发展课件 新人教版选修》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、5热力学第二定律的微观解释6能源和可持续发展1.了解有序和无序,知道有序和无序是相对的;知道宏观态与微观态,知道宏观态对应的微观态的数目与无序程度的对应关系;知道熵的概念,知道熵是描述系统无序程度的物理量,了解熵增加原理,知道它是热力学第二定律的另一种表述,能用熵增加原理解释生活中的一些现象。2.了解什么是能量耗散,能利用熵增加原理认识自然界中能量转化的方向性,能从熵增加的角度认识当前环境问题,增强环保和可持续发展意识。一、热力学第二定律的微观解释1.有序和无序(1)概念:一个系统的个体按确定的某种规则有顺序的排
2、列即为有序;如果对个体的分布没有确定的要求,“怎样分布都可以”即为无序。(2)特点:有序和无序是相对的,即存在一个有序程度的问题。2.宏观态和微观态(1)概念:在统计物理学中,规定了某种规则,我们就规定了一个“宏观态”,这个“宏观态”可能包含一种或几种“微观态”,不同的“宏观态”对应的“微观态”的个数不同。(2)特点:如果一个“宏观态”对应的“微观态”比较多,那么这个“宏观态”是比较无序的。3.热力学第二定律的微观意义一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。这就是热力学第二定律的微观意义。4.熵及熵
3、增加原理(1)熵①物理意义:用来量度系统无序程度的物理量叫作熵。②表达式:S=klnΩ,其中k表示玻尔兹曼常量,Ω表示一个宏观态所对应的微观态的数目,S表示熵。(2)熵增加原理:在任何自然过程中,一个孤立系统的总熵不会减小。这就是用熵的概念表示的热力学第二定律。二、能源和可持续发展1.能量耗散和品质降低(1)能量耗散集中度较高(有序度较高)的能量,当它们变为环境的内能后,就成为更加分散因而也是无序度更大的能量,我们无法把这些分散的内能重新收集起来加以利用,这样的转化过程叫作能量耗散。(2)能量品质降低各种形式的能
4、量向内能的转化,是无序程度较小的状态向无序程度较大的状态的转化,是能够自动发生、全额发生的。而内能向机械能的转化是有条件的,即环境中必须存在温度差,而且内能不能全额转化为机械能。因此从可被利用的价值来看,内能较之机械能、电能等,是一种低品质的能量。2.能源与环境(1)能源的种类①常规能源:煤、石油、天然气等。②新能源:太阳能、生物质能、风能、水能等。(2)环境问题:化石能源的资源有限,而且使用时对环境有很大的破坏,造成的环境污染主要有温室效应、酸雨、光化学烟雾、浮尘等。一、对热力学第二定律微观意义的理解1.有序、
5、无序的含义“无序”意味着各处一样、平均、没有差别,而有序则正好相反。2.熵的含义“有序”和“无序”是相对而言的,是从有序程度上讲的,熵是宏观态无序程度的量度,熵越高,意味着宏观态所对应的微观态数目越多,即越无序,熵越低则越有序。3.热力学第二定律的微观解释高温物体和低温物体中的分子都在做无规则的热运动,但是高温物体中分子热运动的平均速率较大,所以在高温物体分子与低温物体分子的碰撞过程中,低温物体分子运动的剧烈程度会逐渐加剧,即低温物体的温度升高。而高温物体分子运动的剧烈程度会减缓,即高温物体的温度降低。所以从宏观
6、热现象角度来看,热传递具有方向性,总是从高温物体传给低温物体。换一种角度看,初始我们根据温度的高低来区分两个物体,而最终状态是两个物体上的温度处处相同,无法区别,我们就说系统的无序程度增加了。同理可知,在通过做功使系统内能增加的过程中,自然过程是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化的过程。4.热力学第二定律的微观意义热力学第二定律揭示了涉及热现象的一切宏观的自然过程都只能在一个方向上发生,而不会可逆地在相反的方向上出现,它指出在能量得以平衡的众多过程中,哪些可能发生,哪些不可能发生。自然界涉及热现象的一切宏观
7、过程都是不可逆的,宏观自发过程的这种方向性(熵增加的方向),也就成为时间的方向性。所以,“熵”又常常被称为“时间箭头”。温馨提示从微观的角度看,热力学第二定律是一个统计规律:一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展,而熵值较大代表着较为无序,所以自发的宏观过程总是向无序度更大的方向发展。如果过程可逆,则熵不变;如果过程不可逆,则熵增加。二、能源及能源的开发与利用1.能源的概念能源是提供可利用能量的物质。4.当前我国的几大能源工程(1)“西气东输”工程是我国西部开发的重要项目之一,它是把新疆、内蒙古、甘肃等西部
8、地区的天然气开发出来,通过地下输气管道送到江苏、浙江、上海等对能源需求量大的地区。(2)“南水北调”工程是继三峡工程之后,我国又一重大的国土建设工程,它对中国社会进步和经济持续发展的意义甚至超过了三峡工程,对我国提高水资源利用效率、合理配置资源、改善北方缺水地区的生态环境有重大的意义。(3)“西电东送”工程也是西部大开发的标志性工程,是把云、贵、川、陕等西部地区的电力资源
