高二物理竞赛课件:熵与熵增加原理

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熵与熵增加原理

1熵与熵增加原理熵(entropy)(以S表示)是一个重要的状态参量。热力学中以熵的大小S描述状态的无序性,以熵的变化S描述过程的方向性。本节将讨论熵的引进、计算等问题。

2微观状态:微观上可区分的每一种分布玻耳兹曼认为:从微观上看,对于一个系统的状态的宏观描述是非常不完善的,系统的同一个宏观状态实际上可能对应于非常非常多的微观状态,而这些微观状态是粗略的宏观描述所不能加以区别的。

3微观状态(位置)宏观状态微观态数左2,右2左1,右3左0,右41464以4个分子为例:左4,右01左3,右1516

401234564个粒子的分布左4,右0左3,右1左2,右2左1,右3左0,右4宏观状态

5等几率假设孤立系统中每个微观态出现的几率相同˃—对应微观态数目多的宏观态出现的几率大4个分子自动都退回A的几率:分布越均匀,微观态数目越多.˃

6微观状态(位置)宏观状态微观态数左2,右2左1,右3左0,右41464以4个分子为例:左4,右01左3,右1

705101520N个分子自动都退回A的几率:12N在微观上认为是可能的,只不过概率太小而已。在宏观上认为是不可能。4个粒子5个粒子6个粒子粒子数1023,宏观态对应的微观态数非常大.

8热力学概率(几率)一个宏观态对应的微观态数目叫做这一宏观态的热力学概率宏观态微观态46411在诸多的宏观态中,热力学概率最大的宏观态是平衡态其它态都是非平衡态。平衡态最易出现(平衡态)—系统无序程度的量度

9热律的统计意义自发过程的方向性如自由膨胀有序无序自然过程从热力学概率小向热力学概率大的方向进行。孤立系统内的自发过程总是沿着使系统的热力学概率增大的方向进行讨论1)热律是涉及到大量分子的运动的无序性变化的规律,因而它是一条统计规律。(与热律不同)或:孤立系统总是从非平衡态向平衡态过渡,就是从几率小宏观态向几率大的宏观态进行

102)一切自然过程总是沿着分子运动的无序性增大的方向进行功变热机械功(电功)热能有序运动无序运动热传导T2T1动能分布较有序TT动能分布更无序气体自由膨胀位置较有序位置更无序

11热力学第二定律的本质自然界中一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。四、卡诺定理在相同的高温热源和相同的低温热源之间工作的一切热机的效率,不可能大于可逆机的效率。=,可逆机与工作物质无关<,不可逆机{≤欲,应并使热机尽量接近可逆机。

12S=kln1877年,玻耳兹曼引入熵(Entropy)来表示系统无序性的大小。玻耳兹曼熵公式:Sln1900年,普朗克引入系数k—玻耳兹曼常数熵是状态函数与ETP同地位

13系统某一状态的熵值越大,宏观状态越无序.孤立系统所进行的自然过程总是有序向无序过渡,即沿着熵增加的方向进行,只有绝热可逆过程是等熵过程.对于孤立系统中发生的任何过程,系统的熵或者增加(如果过程是不可逆的),或者保持不变(如果过程是可逆的).孤立系统自发过程方向性问题:

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