《热力学第二定律的微观解释》课件(湖南省县级优课).ppt

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1、1,热力学第二定律的微观解释,人教版物理选修3-3第十章第五节,问题1:往清水中加入一滴墨水，墨汁会不断扩散，直到在整杯水中分布均匀为止。有没有这种可能，散布在水里的小碳粒会自发聚集成一滴墨水，剩余的部分则变回清水呢？,问题2:我们常说“覆水难收”，说明水泼出去容易，收回来难，这是为什么？,1.有序：只要确定了某种规则，符合这个规则的就叫做有序。,2.无序：不符合某种确定规则的称为无序。,一、有序和无序,4.有序和无序是相对的,3.无序意味着各处都一样，平均、没有差别，有序则相反。,一、有序和无序,二、宏观态,1、宏观态：当我们以系统的分子数分布而不区分具体的分子来描写的系统状态叫热力学系统的

2、宏观态。,2、微观态：如果使用分子数分布并且区分具体的分子来描写的系统状态叫热力学系统的微观态,无序,二、宏观态和微观态,【实例探究-气体向真空的扩散】,一箱子被挡板分成左右两室，4个气体分子都在左室，撤去挡板后气体将在整个容器内无规则运动。分析挡板撤去后，4个分子在容器中可能的分布情形。,分布（宏观态）,详细分布（微观态）,隔板抽出后，4个气体分子在容器中可能的分布情形,1,微观态数,微观态共有24=16种可能的方式，而且4个分子全部退回到A部的可能性即几率为1/24=1/16。,一般来说，若有N个分子，则共有2N 种可能方式，而N个分子全部退回到A部的几率1/2N。对于真实理想气体系统N1

3、023/mol，这些分子全部退回到A部的几率为1/21023。,宏观过程不可逆在微观上的统计解释,各种宏观态的出现是等几率的吗？,概率最大,最无序,三、热力学第二定律的微观意义,1.不可逆过程的本质：,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。,小,大,系统从热力学概率_的状态向热力学概率_的状态进行的过程。,2.热力学第二定律的适用范围,1）适用于宏观过程对微观过程不适用。,2）适用于孤立系统。,如何定量描述宏观态的无序性？,1.1877年，玻耳兹曼引入熵，表示系统无序性的大小：,Sln,2.1900年，普朗克引入系数 k 玻耳兹曼常数,S=kln,四、熵,四、熵,3.熵增加原理

4、：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵是不会减少的。,对熵增加原理的理解：,（1）熵较大的宏观状态就是无序程度较大的状态，也就是出现概率较大的宏观状态。,（2）在自然过程中，熵总是增加的，其原因并非因为有序是不可能的，而是因为通向无序的渠道要比通向有序的渠道多得多，即无序的可能性要比有序的可能性大得多。,（3）从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律，一个孤立系统在自发过程中总是向熵增加的方向发展，而熵值较大代表着较为无序,例1:关于有序和无序下列说法正确的是（）A有序和无序不是绝对的 B一个“宏观态”可能对应着许多的“微观态”C一个“宏观态”对应着唯一的“微观态”D无序意味着各处一样、平

5、均、没有差别,ABD,例2:下面关于熵的说法错误的是（）A熵是物体内分子运动无序程度的量度B在孤立系统中，一个自发的过程总是向熵减少的方向进行C热力学第二定律的微观实质是熵是增加的，因此热力学第二定律又叫熵增加原理D机械能转化为内能的过程是系统的熵增加的过程,B,例3:从微观角度看（）A热力学第二定律是一个统计规律B一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展C一个宏观状态所对应的微观状态越少，越是无序，熵值越大D出现概率越大的宏观状态，熵值越小E与热现象有关的自发的宏观过程是熵增加的过程F气体扩散现象向着无序性增加的方向进行,是可逆过程,ABE,4.熵和社会,熵是描述系统状态向无序变化的量度

6、，也可引申为“有效作用减少量或无效作用增加量”。事物从有序向无序变化则熵增加，可称之为正熵；事物从无序向有序变化则熵减少，可称之为负熵。随着熵概念的泛化，熵已被很多学科所采用，并出现了许多术语，如信熵、基因熵、环境熵等。其中也包括自然熵与社会熵的概念。所谓自然熵就是自然界这个系统的运行状态无效性的增加量。自然熵也可称之为自然正熵，相对的则是自然负熵。社会熵就是人类社会这个系统的运行状态无效性的增加量（我们讲的社会分别指广义上的整体人类社会，和狭义上的以一个国家为单位的社会，因此暂称为广义社会熵和狭义社会熵）。,广义社会熵也可称之为广义社会正熵，相对的则是广义社会负熵。狭义社会熵也可称之为狭义社会正熵，相对的则是狭义社会负熵。无论是自然环境系统还是人类社会系统，如果要维持发展就必须长期稳定的保持负熵正熵,否则就会逐步走向无序，最终导致系统彻底崩溃。自然界是人类和野生动物赖以生存的家园，地球的历史告诉我们：在人类社会出现以前，自然正熵与自然负熵是可以维持平衡的，而人类社会出现以后，自然正熵在增加，这是无可争议的事实，不得不引起人类社会的思考。,谢谢大家,