《100分物理》新课标人教版 选修3-3 第10章 热力学定律 第4讲 热力学第二定律的微观解释

大庆英杰物理工作室2015-2016高二同步辅导资料 第四节 热力学第二定律的微观解析 1．了解有序和无序，宏观态和微观态的概念． 2．知道宏观态对应的微观态的数目与无序程度的关系．知道热力学第二定律的微观意义． 3．知道熵的概念，了解熵增加原理，知道它是热力学第二定律的另一种表述． 4．了解什么是能量耗散和品质降低．了解能源与人类社会、环境的关系． 理论知识一 热力学第二定律的微观表述 一 热力学第二定律的微观解释 1．有序、无序：一个系统的个体按确定的某种规则，有顺序地排列即有序；个体分布没有确定的要求，“怎样分布都可以”即无序． 2．宏观态、微观态：系统的宏观状态即宏观态，系统内个体的不同分布状态即微观态． 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． 4．熵及熵增加原理： (1)熵：表达式S＝klnΩ，k表示玻耳兹曼常量，Ω表示一个宏观状态所对应的微观状态的数目．S表示系统内分子运动无序性的量度，称为熵． (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． 二 热力学第二定律的微观意义 1．热力学第二定律的微观解释： (1) 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要大于低温物体．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了，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了．所以从宏观热现象角度来看，热传递具有方向性，总是从高温物体传给低温物体． (2) 换一种角度看，初始状态我们根据温度的高低来区分两个物体，而终了状态两个物体的温度处处相同，无法区别．我们就说系统的无序程度增加了． (3) 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．【来源：21·世纪·教育·网】 2．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”． 3．熵和熵增加原理： (1)熵是反映系统无序程度的物理量，正如温度反映物体内分子平均动能大小一样．系统越混乱，无序程度越大，就称这个系统的熵越大． (2)系统自发变化时，总是向着无序程度增加的方向发展，至少无序程度不会减少．也就是说，系统自发变化时，总是由热力学概率小的状态向热力学概率大的状态进行．从熵的意义上来说，系统自发变化时，总是向着熵增加的方向发展，不会使熵减小． (3)任何宏观物质系统都有一定量的熵，熵也可以在系统的变化过程中产生或传递． 4．一切自然过程的发生和发展中，总熵必定不会减少． 5．分析熵的变化情况 (1) 熵是反映系统无序程度的物理量，正如温度反映物体内分子平均动能大小一样．系统越混乱，无序程度越大，就称这个系统的熵越大． (2) 系统自发变化时，总是向着无序程度增加的方向发展，至少无序程度不会减少．也就是说，系统自发变化时，总是由热力学概率小的状态向热力学概率大的状态进行．从熵的意义上说，系统自发变化时总是向着熵增加的方向发展，不会使熵减少．21*cnjy*com (3) 任何宏观物质系统都有一定量的熵，熵也可以在系统的变化过程中产生或传递． 【例1】如下图所示，将一滴红墨水滴入一杯清水中，红墨水会逐渐扩散到整杯水中，呈均匀分布，试说明这个过程中熵的变化． 【答案】　墨水原来处于较小的空间(一滴)，无序度 ... ...