高二物理热力学第二定律的微观解释2

热力学第二定律的微观解释不可逆过程的统计性质（以气体自由膨胀为例）

下面从统计观点探讨过程的不可逆性微观意义，并由此深入认识第二定律的本质。

热力学第二定律的微观意义：一切自然过程总是沿着无序性增大的方向进行。在热力学中，序：区分度。

对于一个热力学系统，如果处于非平衡态，我们认为它处于有序的状态，如果处于平衡态，我们认为它处于无序的状态。首先理解有序和无序的概念。

一个被隔板分为A、B相等两部分的容器，装有4个涂以不同颜色分子。3.热力学第二定律的统计意义热力学第二定律的微观意义分布（宏观态）详细分布（微观态）14641开始时，4个分子都在A部，抽出隔板后分子将向B部扩散并在整个容器内无规则运动。隔板被抽出后，4分子在容器中可能的分布情形如下图所示：

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N1023/mol，这些分子全部退回到A部的几率为。此数值极小，意味着此事件永远不会发生。从任何实际操作的意义上说，不可能发生此类事件。

对单个分子或少量分子来说，它们扩散到B部的过程原则上是可逆的。

对大量分子组成的宏观系统来说，它们向B部自由膨胀的宏观过程实际上是不可逆的。这就是宏观过程的不可逆性在微观上的统计解释。第二定律的统计表述（依然看前例）4个分子在容器中的分布对应5种宏观态。分布（宏观态）详细分布（微观态）

左边一列的各种分布仅指出A、B两边各有几个分子，代表的是系统可能的宏观态。中间各列是详细的分布，具体指明了这个或那个分子各处于A或B哪一边，代表的是系统的任意一个微观态。一种宏观态对应若干种微观态。在一定的宏观条件下，各种可能的宏观态中哪一种是实际所观测到的？不同的宏观态对应的微观态数不同。均匀分布对应的微观态数最多。全部退回A边仅对应一种微观态。统计物理基本假定—等几率原理：对于孤立系，各种微观态出现的可能性（或几率）是相等的。各种宏观态不是等几率的。那种宏观态包含的微观态数多，这种宏观态出现的可能性就大。定义热力学几率：与同一宏观态相应的微观态数称为热力学几率。记为。

在上例中，均匀分布这种宏观态，相应的微观态最多，热力学几率最大，实际观测到的可能性或几率最大。

所以，实际观测到的总是均匀分布这种宏观态。即系统最后所达到的平衡态。

对于1023个分子组成的宏观系统来说，均匀分布这种宏观态的热力学几率与各种可能的宏观态的热力学几率的总和相比，此比值几乎或实际上为100%。对整个宇宙不适用。如布朗运动。平衡态相应于一定宏观条件下最大的状态。热力学第二定律的统计表述：孤立系统内部所发生的过程总是从包含微观态数少的宏观态向包含微观态数多的宏观态过渡，从热力学几率小的状态向热力学几率大的状态过渡。自然过程总是向着使系统热力学几率增大的方向进行。4.热力学第二定律的适用范围注意：微观状态数最大的平衡态状态是最混乱、最无序的状态。一切自然过程总是沿着无序性增大的方向进行。1）适用于宏观过程对微观过程不适用，2）孤立系统有限范围。可爱的熵物理学中有个熵定律，也就是著名的热力学第二定律。

“熵”的名称是由德国物理学家道尔夫·克劳修斯于1868年造出来的，它代表着宇宙中不能再被转化做功的能量的总和的测定单位，即熵的增加表示宇宙物质的日益混乱和无序，是无效能量的总和。熵本身既不是好事，也不是坏事；它意味着腐败和混乱，但它同时也意味着生命本身的展开──不论是有机的，还是无机的生命。卡农、乔治·梅特勒的大爆炸学说也认为，宇宙是以有序的状态开始，不断地向无序状态发展，它与热力学第二定律是相符的。热力学第一定律说明能量是守恒的、不灭的，只能从一种形式转变到另一种形式；热力学第二定律（熵定律）却表明：能量不可逆转地沿着一个方向转化，即从对人类来说是可利用的变为不可利用的状态。

有效能量告罄时，是“热寂”──死寂的热平衡状态。

有效物质耗尽时，是一片“物质混乱”──整个宇宙的大混乱和大混沌。

古罗马诗人贺拉斯说：“时间磨灭了世界的价值！”可谓一语道破了熵定律的真谛。

物理学家们认为，熵定律是物质世界的最终定律，人类参与的每一项物质活动都受到热力学第一、第二定律的严密制约；但是，他们

又认为熵定律只涉及物质世界，只控制时空的横向世界，人类的精神世界并不受熵定律的专制统治！

所以，生命的现象是宇宙洪流中的一股逆流！

人类精神的无限发展，是不可抗拒的熵增大长河中的一条逆流之舟！

http://www.xml400.onlinelpu35hln了。说：“我也不知道，自己也没招惹过谁啊。”婠青抬头看着天空缓缓开口：“他们已经找到你了，过不了多久成群结队的暗部涌向这里，我不是他们的对手。所以你必须走了。”暮雨打了个冷颤，一脸无奈说：“我也想离开啊。”婠青看着她说：“看你那么蠢，我于心不忍，让我来拯救你吧。”婠青拉着暮雨来到瀑布边，水依然是倒流的，没有丝毫改变，只是比起刚才更汹涌，水流更大些。每个水柱，每幅水帘，冲击而上，如千万猛兽再向上奔跑。婠青周身青光大作，耀眼至极，亮不刺目，从地下缓缓升入半空之中，全身上下青衣舞动。“九天凡尘，以水引之”片刻间，天际乌云顿时翻涌不止，雷声轰轰，黑云边缘不断有电光闪动，在电光强烈照耀之下以如白昼。气压沉闷，不禁给人无比压抑之感。瀑布的水开始像下雨一般一滴一滴漂浮在空中，似雨滴在空气中静止一般，暮雨想：牛顿在世会不会被气死呢。晶莹透明的水柱漂浮在空中珍珠大小，暮雨看见自己映在水滴上，顿觉神奇。一会狂风大作，所有的水滴汇聚成刚才的巨龟，往前面的树林飞去。一路之上，草木砖石，无不激震飞扬，只有当中道路，留下深深一道痕迹。婠青拉着暮雨，两人跟在巨龟后面进入山林。这片树林似乎有灵性一样，全都让开一条通道，但见树林全是叶子和枝干，根本没有见到树的身躯和根，无穷无尽，一层一层迎面而来暮雨口干舌燥，心中有些不安。婠青似是看出暮雨心中所想说：“这片树林其实是一棵树，不过却无穷无尽，除了我，没有妖能进入树的根部，因为这棵树就是我。”桫椤树说完自豪地看着暮雨，似是想要从她的嘴里听到夸奖的话，可是暮雨什么也没有说，依旧紧皱着眉头，不安的样子。婠青带着暮雨在空中飞行，水汽不断地涌向她的脸，又温又湿，说不出来究竟是舒服，还是难受。不一会，终于见到了树干。暮雨不禁感叹：“外面那么多枝叶，可看这树干似乎与平常的树干并没有什么两样，如果非要找出不同，那就是这棵树更加粗壮。”这棵树的树干周身布满苔藓绿哒哒的，上面还有几只蚂蚁在爬行，这棵树五个成年男子应该能够合抱围住。婠青笑笑说：“可别这么早下结论啊。”巨龟竟在树干前消失不见了。暮雨的嘴巴微微张开，婠青和暮雨来到树干前只见一阵白光闪过，光刺的人睁不开眼睛，再次睁眼，却来到了另一个地方。显现在眼前的是