高中物理3-3：10.5热力学第二定律微观解释知识分享

1、高中物理3-3：10.5热力学第二定律微观解释有序和无序是相对的有序和无序是相对的男女各排一列队男女各排一列队有序有序男女各排一列队男女各排一列队个头从小到大个头从小到大有序有序 无序无序1.1.有序和无序有序和无序一、有序和无序一、有序和无序 宏观态和微观态宏观态和微观态 只要确定了某种规则，符合这个规只要确定了某种规则，符合这个规则的就叫做有序。则的就叫做有序。 不符合某种确定规则的称为无序不符合某种确定规则的称为无序有序：有序：无序：无序：2.宏观态和微观态宏观态和微观态如果一个如果一个“宏观态宏观态”对应的对应的“微观态微观态”比比较多，就说这个较多，就说这个“宏观态宏观态”是比较无序

2、的是比较无序的. .对应的微观态越多对应的微观态越多, ,宏观态无序程度越大宏观态无序程度越大系统整体所处的状态系统整体所处的状态宏观态：宏观态：微观态：微观态： 宏观态系统内部个体的不同分布状态宏观态系统内部个体的不同分布状态气体真空 以气体扩散不可逆性来说明以气体扩散不可逆性来说明容器左部气体，右部真空。抽去隔板气体容器左部气体，右部真空。抽去隔板气体自由膨胀。自由膨胀。假定容器中有假定容器中有4 4个分子组成个分子组成有序和无序有序和无序 宏观态和微观态宏观态和微观态四种可能的微观态四种可能的微观态甲甲乙乙丙丙丁丁同一宏观态同一宏观态同一宏观态同一宏观态 宏观态宏观态微观态微观态1464

3、1分布情况分布情况左左0 0右右4 4左左1 1右右3 3左左2 2右右2 2 左左3 3右右1 1左左4 4右右0 0微观态数微观态数1 14 46 64 41 1不同的微观态出现的几率相同不同的微观态出现的几率相同宏观态对应的微观态越多宏观态对应的微观态越多, ,这个宏观这个宏观态就越无序态就越无序系统的系统的宏观态宏观态所对应的所对应的微观态微观态的的多少多少表现为表现为宏观态无序程度宏观态无序程度的的大小大小。 一切一切自然过程自然过程总是总是由由微观态较少微观态较少的宏的宏观态观态向向微观态较多微观态较多的宏观态的宏观态进行进行功热转换功热转换 电功电功 热能热能 有序运动有序运动

4、无序运动无序运动 气体自由膨胀气体自由膨胀位置较有序位置较有序位置更无序位置更无序 自发的过程自发的过程总是总是从从有序有序向向无序无序, ,或向或向无序性无序性增大的方向增大的方向进行进行 一切自然过程一切自然过程总是总是沿着分子热沿着分子热运动的运动的无序性增大无序性增大的的方向进行方向进行热力学第二定律的微观意义热力学第二定律的微观意义: :宏观态名称宏观态名称 微观态个数微观态个数 对宏观态对宏观态的描述的描述过程自发过程自发进行的发进行的发向向甲甲较少较少乙乙较多较多比较无序比较无序比较有序比较有序甲甲 乙乙 用字母用字母 : :表示表示一个宏观态一个宏观态对应的对应的微观态的数目微

5、观态的数目用字母用字母 : :表示一个宏观态对应的微观态的数目表示一个宏观态对应的微观态的数目四四. .熵熵lnkS 符号符号: SK: K: 叫玻耳兹曼常数叫玻耳兹曼常数 越大越大 , ,熵熵 S S也越大也越大, ,宏观态更无序宏观态更无序. . 熵的熵的微观意义微观意义：系统内分子热运动无序系统内分子热运动无序性的量度。性的量度。 用熵用熵 S S 代替热力学概率后，热力代替热力学概率后，热力学第二定律可以表述为：学第二定律可以表述为：在任何自然在任何自然过程中过程中, ,一个孤立系统的一个孤立系统的总熵不会减小总熵不会减小。热力学第二定律的这一表述称为热力学第二定律的这一表述称为熵增熵

6、增加原理加原理。对对整个宇宙整个宇宙不适用。不适用。如布朗运动。如布朗运动。平衡态平衡态相应于一定宏观相应于一定宏观条件下条件下 最大的状态最大的状态。热力学第二定律的统计表热力学第二定律的统计表述：孤立系统内部所发生述：孤立系统内部所发生的过程的过程总是总是从包含从包含微观态微观态数数少少的宏观态向包含的宏观态向包含微观微观态数态数多多的宏观态的宏观态过渡过渡，从，从热力学热力学几率小几率小的状态向热的状态向热力学力学几率大几率大的状态的状态过渡过渡。自然过程总是向着自然过程总是向着使系统热力学使系统热力学几率几率增大增大的方向进行。的方向进行。4.4.热力学第二定律的适用范围热力学第二定律的适用范围注意：注意：微观状态微观状态数最大的数最大的平衡态平衡态状态是状态是最混乱最混乱、最无序的状态最无序的状态。1 1）适用适用于于宏观宏观过程对过程对微观微观过程过程不适用不适用，2 2）孤立系统）孤立系统有限范围有限范围, ,热力学第三定律热力学第三定律 不可能通过有限的过程把一个物不可能通过有限的过程把一个物体冷却到绝对零度体冷却到绝对零度 热力学第三定律不阻止人们想办热力学