2.热力学第二定律 2.7熵物理意义

第七节〔含十二节〕

熵的物理意义和热力学进展（低温：分子只分布于低能级）E一、熵是系统紊乱度〔无序度〕的量度（气：振动，转动，自由平动）S固<S液<S气

（固：振动）（液：振动，转动，有限平动）无序S低温<S高温无序E（高温：分子广泛分布于各能级）物态与熵：温度与熵：演示演示一、熵是系统紊乱度〔无序度〕的量度（气：振动，转动，自由平动）S固<S液<S气

（固：振动）（液：振动，转动，有限平动）无序S低温<S高温无序（低温：分子只分布于低能级）（高温：分子广泛分布于各能级）物态与熵：温度与熵：压力与熵：

S高压<S低压

〔高压：较小的空间低压：较大的空间〕S别离<S混合无序无序排列与熵:分子构成越复杂，S越大热熵构型熵二、熵与热力学几率熵与紊乱度相关，紊乱度可用热力学几率表示1、热力学几率分布方式4－03－12－21－30－4合计实现数1464161数学几率1热力学几率：实现某一状态时，可能有的微观状态数。〔实现数〕ABCDABCDABCDABCDABCDABCDABCDABCDABCDABCDABCDABCDABCDABCDABCDABCDABCD二、熵与热力学几率分布方式4－03－12－21－30－4合计实现数1464161数学几率1如：最不均匀分布最均匀分布N=4热力学几率数学几率P11N=8热力学几率数学几率P宏观状态总是表现为几率最大的那些状态，即紊乱度最大的状态。N=1mol其它分布P=0均匀分布区域P=1数学几率P最不均匀分布最均匀分布N=4热力学几率数学几率P11N=8热力学几率数学几率P二、熵与热力学几率N＝4N＝8N＝32N＝72N＝1024P=0.999934.99999999998x10235.00000000002x1023二、熵与热力学几率2．玻兹曼〔Boltzmann〕公式设熵S=f()熵具加和性：S=S1+S2=f(1)+f(2)总几率为各自几率之积：

=1

2两者相联系的关系式为：S=kBlnBoltzmann公式(kB=1.380610–23JK-1)S：宏观量：微观量统计热力学的根底公式是联系经典热力学和统计热力学的桥梁三、热力学第二定律的适用范围热力学第二定律可归结为熵增原理： 一切自发过程都向着熵增大的方向进行。1．热力学第二定律适用于有限的宏观系统(1)不能描述个别质点的行为。宏观系统是指含有大量质点构成的系统，这才能服从统计规律(2)不适用于整个无限的宇宙。无限的宇宙不能被认为是隔离系统三、热力学第二定律的适用范围2．热力学第二定律适用于隔离系统开放系统中，存在稳定的有序态，如生物，从低级高级〔更有序〕的进化。对于开放系统中有序结构的熵解释，形成非平衡态热力学。四．非平衡态热力学1.非平衡态系统的定态〔不随时间而变的恒定状态〕有两种：隔离系统的定态：系统内部宏观上无能量流，无物质流，为热力学平衡态开放系统的定态：系统内部宏观上有能量流或物质流，为热力学非平衡态，并由非平衡态维持其定态如与两热源接触的金属棒，一定时间后，各点温度不变，并由热流维持其定态生物体维持有序结构，需要有热流和物质流高温源低温源四．非平衡态热力学生物体S总熵＝S内部＋S外部2．熵流、熵产生和耗散结构熵产生S内部：体内的生化反响，血液循环，扩散>0新陈代谢蛋白质，淀粉，脂肪无序小分子熵流S外部： 能交换：如散热四．非平衡态热力学生物体S总熵＝S内部＋S外部2．熵流、熵产生和耗散结构熵产生S内部：体内的生化反应，血液循环，扩散>0熵流S外部： 能交换：如散热物交换：如摄入低熵物，排出高熵物<0假设S总熵<0 更有序 =