5　热力学第二定律的微观解释 (8).ppt

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1、日常生活中的方向性“逝者如斯夫”复习热力学第二定律的两种表述：二、开尔文表述：1.不可能从单一热库吸收热，使之完全变成功，而不产生其他影响.2.第二类永动机不可能制成一、克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体.三、热力学第二定律的本质：自然界中与热现象有关的宏观过程都具有方向性。为什么？第十章《热力学定律》10.5热力学第二定律的微观解释云南省昆明第一中学曹红兵奥地利物理学家玻尔兹曼最先进行了研究无序有序一.有序和无序一.有序和无序1.有序：符合某种确定规则的，叫做有序。2.无序：不符合某种确定规则的称为无序。无序：各处都一样，平均、没有差别。有序：则相反。4.有序和无序是相对

2、的。3.特点：体验活动：安排座位制定规则：粗略规则精细规则1、性别2、身高3、……第一排：女张三、李四、王二麻子…第一排：女李四、张三、王二麻子………宏观态微观态—有序二.宏观态和微观态1、宏观态：符合某种规定、规则的状态。如：按性别2、微观态：在规定的宏观态下，所有个体（微观）可能的不同的分布状态。如：张三、李四、王二麻子3、热力学几率：与同一宏观态相应的微观态数。记为。以气体自由膨胀为例:一个容器被隔板分为A、B相等两部分：A部分装有4个分子B部分为真空AB抽出隔板后分子将向B部扩散AB思考1：隔板被抽出后，4分子在容器中如何分布?（几种宏观态?）ABABABABAB思考2：哪种宏观态

3、最无序？平均，无差别宏观态微观态①②③④①②③④①②③④①②③④①②③④①②③④①②③④①②③③①②④③①③④②①②④③宏观态微观态14641总结：（4个分子在容器中）1、有5种宏观态。宏观态微观态3、第3种宏观态对应的微观态数最多。2、第3种宏观态最无序。4、第1、5种宏观态最有序。5、第1、5种宏观态对应的微观态数最少。结论：对应微观态数越多的宏观态越无序。对应微观态数越少的宏观态越有序。小结：宏观态的有序与无序有序无序符合规则不符合规则不平均，有差别平均，没有差别微观态数少微观态数多抽出隔板后分子将向B部扩散。AB思考1：隔板被抽出后，4分子在容器中如何分布?（几种宏观态?）ABABA

4、BABAB思考2：哪种宏观态最无序？思考3：当分子向B部扩散，哪种宏观态最容易出现？宏观态5种微观态(16种）对于孤立系统，各种微观态出现的可能性（或概率）是相等的。——等概率原理宏观态微观态个数146411/164/166/164/161/16宏观态出现的概率最易出现最难出现最难出现容器中有6个分子，在容器中的位置可能分布20个分子的位置分布宏观态微观态宏观态出现的概率微观态总数左20右011048576左18右2190左15右515504左11右9167960左10右10184765左9右11167960左5右1515504左2右18190左0右201对于真实理想气体系统：分子的个数N=

5、1023/mol微观态就有：种可能方式1023个分子全部退回到A部的几率：1023个分子接近均匀分布的几率：巨大结论：对大量分子组成的宏观系统1、气体自由膨胀过程总是：微观态数少的宏观态微观态数多的宏观态从热力学几率小的状态热力学几率大的状态有序无序气体自由膨胀过程总是沿着无序性增大的方向进行。2、气体自由膨胀的宏观过程实际上是不可逆的。ABAB一切自发的宏观的热过程总是沿着无序性增大的方向进行。三、热力学第二定律的微观解释玻尔兹曼（1844—1906）奥地利著名的物理学家、哲学家、热力学和统计物理学的奠基人之一。注意：1、自发的2、宏观3、热过程四、熵1、1877年，玻耳兹曼提出了熵S与Ω

6、的关系：S∝lnΩ1900年普朗克定义了熵：S=klnΩ2、熵的物理意义：熵是分子热运动无序(混乱)程度的定量量度。五、熵增加原理在孤立系统中进行的自然过程总是沿着熵增大的方向进行。热力学第二定律的微观解释：一切自发的宏观的热过程总是沿着无序性增大的方向进行。或者说：从熵小的状态向熵大的状态发展。一、解释热力学第二定律1、克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体.六、“熵增加原理”的应用高温端低温端有序无序熵增加2、开尔文表述：不可能从单一热库吸收热，使之完全变成功，而不产生其他影响.高温热源热机低温热源Q1Q2W=Q1–Q2开尔文表述的实质：内能不能自发地全部转变为机械能热运动机

7、械运动熵增加机械能高温热源热机Q1W=Q1机械能六、“熵增加原理”的应用一、解释热力学第二定律二、信息熵、遗传密码三、生命四、日常生活中七、“熵增加原理”的质疑和佯谬1、“热寂说”2、“麦克斯韦妖”容器的A是低温区，B是高温区，麦克斯韦认为即使是低温区，也有不少高速分子，高温区也有低速度的分子。中间设置一个门，由有一个能够控制分子运动的小妖精把门，只允许快分子从低温往高温运动，慢分子则从高温往低温运动。这样经