3.4熵——系统无序程度的量度 课件（14张）2021-2022学年高二物理（鲁科版2019选择性必修第三册）

(课件网) 鲁科版2019 选择性必修3 第4节 熵———系统无序程度的量度 第三章 热力学定律 一、有序与无序 与热现象有关的宏观过程都具有方向性。 如何从微观的角度来理解与热现象有关的宏观过程的方向性？ 热现象是大量分子无规则运动的结果。 一、有序与无序 通常，人们将生活中符合某种规则的现象称为有序，反之称为无序。 规则越少，一个宏观状态对应的微观状态就越多，出现的概率也越大，我们称之为越无序。 越有序 规则越多，一个宏观状态对应的微观状态越少，出现的概率越小，我们称之为越有序。 越无序 学校大会上，学生按班级、学号就座是有序的，学生随意就座是无序的。有序与无序是相对的。按班级就座相对于全校随意就座来说是有序的，但相对于既按班级又按学号顺序入座来说是无序的。 举个例子 一、有序与无序 用隔板将围栏隔成两部分，分别放养一群黑鸡和一群白鸡。如果将隔板抽去，一段时间后两群鸡会混在一起。 混合之后，鸡的位置分布变得无序，混乱程度升高了，也就是说从有序（黑白分明）变成了无序（黑白混合）。 这个过程是不可逆的，黑鸡和白鸡不可能自动分开，从无序到有序，回到原来的状态，除非这些鸡经过专门训练或用捕捉的方式，即施加外界影响。 一、有序与无序 在热传递过程中，两个温度不同的物体放在一起，热量会自动地由高温物体传到低温物体，直到二者温度相同为止。从微观角度看，高温与低温的区别，在于分子的平均动能不同。两物体接触后，内能从高温物体向低温物体传递，导致高温物体中的分子运动减慢、低温物体中的分子运动加快，直到两个物体达到相同的温度为止。此时，整个系统末态比初态更加无序。换句话说，热传递这个不可逆过程使无序程度增加了。 一、有序与无序 一、有序与无序 例如，焦耳实验中叶轮转动时，将叶轮的机械能转化为水的内能之后，水的温度升高，水分子的热运动加剧，水分子的无序程度增加。 功转变为热是机械能转化为内能的过程。机械运动遵从牛顿运动定律，有明确的因果关系，是有序的运动； 而在热运动中，分子杂乱无章地向各个方向运动，包含着大量的微观状态，是无序的运动。 机械能转化为内能的过程即为从有序向无序变化的过程。在这个过程中，分子运动变得更加混乱，无序程度增加。 可见，与热现象有关的自然发生的宏观过程总是沿着大量分子热运动无序程度增大的方向进行。这就是热力学第二定律的微观本质。 二、熵和熵增加原理 01 熵 1、物理学中用熵来量度系统的无序程度，用符号S表示。 2、熵是热力学中与温度、内能等同样重要的一个状态量，它只与热力学变化过程的初态和末态有关，与中间过程无关。 3、热力学系统的每一个状态，都对应有一个熵值。熵值越大，意味着系统越“混乱”和“分散”，无序程度越高。熵值越小，意味着系统越“整齐”和“集中”，也就越有序。 把一碗绿豆和一碗米掺和在一起煮成绿豆粥后，随便取出一勺都既有绿豆又有米，而不可能出现一勺都是绿豆或一勺都是米的情形。可见绿豆和米掺和后比掺和前变得更无序，也就是熵增加了。 二、熵和熵增加原理 与外界既没有物质交换又没有能量交换的系统称为孤立系统。孤立系统所发生的变化一定是自然发生的。 02 熵增加原理 1、孤立系统 根据热力学第二定律的微观解释，自然过程总是沿着无序程度增大的方向进行，而熵是无序程度大小的量度。所以，在孤立系统中的宏观过程必然朝着熵增的方向进行。这就是熵增加原理。 2、熵增加原理 熵增加原理与能量守恒定律在物理学中具有同等重要的地位，二者都是对自然过程的一种限制，即在任何自然过程中，一切参与者的总能量必定保持不变，而总熵则必定增加。 二、熵和熵增加原理 三、熵与能量退 ... ...