高中物理2.5有序无序和熵

五、有序、无序和熵第1页1.知道在包括热现象宏观过程中能量耗散与退化现象。2.初步了解熵增加原理物理意义,知道在自然界自发过程中,系统无序程度总是不停地增加。3.能用热力学第二定律或熵增加原了解释身边一些简单现象。4.了解热力学温度要求及绝对零度不可能到达结论。第2页一二三四一、能量耗散与退化在自然界种种改变中,能量总值即使保持不变(守恒),不过能量可被利用价值却越来越小,或者说能量品质在逐步降级,这就是能量耗散与退化。当我们开发利用地球上能源时,并不会降低地球上能量,而是将能源中高度有用能量形式降低为不大可用能量形式。使用电炉时,电能转化为内能,这个系统能否依靠本身作用(自发地)回到原来状态?提醒:不能,除非系统靠外界帮助。而“外界帮助”将更多地消耗其它形式能,产生出更多内能。第3页一二三四二、绝对零度不可到达1.绝对零度宇宙中存在着温度下限:-273.15℃,即绝对零度。2.热力学温度热力学温度用T表示,单位是开尔文,符号是K,热力学温度T与摄氏温度t之间换算关系是T=t+273.15K。

3.热力学第三定律对大量事实研究分析表明,不可能经过有限过程把物体冷却到绝对零度。第4页一二三四三、熵增加原理任何孤立系统,它总熵永远不会减小;或者说,自然界一切自发过程,总是朝着熵增加方向进行。第5页一二四三四、有序向无序转化1.熵熵是表征系统无序程度物理量,熵越大,系统无序程度越高。2.有序和无序系统自发过程总是从有序变为无序;从微观角度说,热传递过程也是从比较有序状态变成比较无序状态。第6页一二一、熵与熵增加原理了解“熵”是什么?“熵”是德国物理学家克劳修斯创造一个术语,他用熵来表示任何一个能量在空间分布均匀程度。能量分布得越均匀,熵就越大。假如对于我们所考虑那个系统来说,能量完全均匀地分布,那么这个系统熵就到达最大值。简单地说,“熵”就是微观粒子无序程度、能量差异消除程度。第7页一二在克劳修斯看来,在一个封闭系统中,运动总是从有序到无序发展。比如,把一块冰糖放入水中,结果整杯水都甜了。这就是说,糖分子运动扩展到了整杯水中,它们运动变得愈加无序了。对于一个封闭系统,能量差也总是倾向于消除。比如,有水位差两个水库,假如把它们连接起来,那么,重力就会使一个水库水面降低,而使另一个水库水面升高,直到两个水库水面相等,势能取平为止。克劳修斯总结说,自然界中一个普遍规律是:运动总是从有序到无序,能量差异总是倾向变成均等,也即“熵将伴随时间而增大”。第8页一二二、热力学温度认识热力学温度单位是开尔文,简称开,符号是K。开尔文是为了纪念英国物理学家LordKelvin而命名。要求热力学温度单位开(K)与摄氏温度单位摄氏度(℃)完全相同。1K=1℃。在表示温度差或温度间隔时,用K和用℃数值相同。尤其提醒摄氏温度1

℃分格与热力学温度1

K分格是等价,摄氏温度升高10

℃与热力学温度升高10

K是一回事,但不能说升高了283

K。第9页类型一类型二类型三【例题1】

依据你对熵增加原理了解,举出一些系统从有序变为无序例子。点拨:依据熵增加原理,自然界一切自发过程总是朝着熵增加方向进行,而熵是描述系统无序程度物理量。熵越大,无序程度越高,所以,熵增加就意味着系统无序程度增加,即从有序向无序方向转化。解析:比如:燃料燃烧、气体扩散、破镜不能复原、覆水难收、一切生命体从生到亡等都是从有序变为无序例子。答案:看法析题后反思一切自发不可逆过程都是从有序到无序。第10页类型一类型二类型三【例题2】

一个物体在粗糙平面上滑动,最终停顿。系统熵怎样改变?点拨:本题考查是对熵增加原理了解和应用。解析:因为物体因为受到摩擦力而停顿运动,其动能变为系统内能,增加了系统分子无规则运动程度,使得无规则运动加强,也就是系统无序程度增加了,所以系统熵增加了。答案:看法析题后反思机械能转化为内能,电能转化为内能,一切能量最终归宿都是内能,而这些内能不可再回收,所以使自然界熵增加。第11页类型一类型二类型三【例题3】

关于热力学温度,以下说法正确是(

)A.-33℃=240KB.温度改变1℃,也就是温度改变1KC.摄氏温度与热力学温度都可能取负值D.温度由t升至2t,对应热力学温度升高了273K+t点拨:由T=273

K+t,即可求解这类问题。解析:T=273

K+t,由此可知:-33

℃=240

K,A正确,同时B正确;D中初态热力学温度为273

K+t,末态为273

K+2t,温度改变t,故D错误;对于摄氏温度可取负值范围为-273~0

℃,因绝对零度达不到,故热力学温度不可能取负值,故C错误。答案:AB第12页类型一类型二类型三题后反思①熟练应用T=t+273

K是处理相关摄氏温度与热力学温度换算基础。②就一个分度来说,1

℃和1

K相等,即ΔT=Δt。③对于同一个温度来说,用不一样温标表示,数值不一样,这是因为零值选取不一样。第13页12341以下表述正确是(

)A.热量不能自发地从低温物体传到高温物体B.依据物质不灭原理,一切自然过程都应该是可逆,可回转C.热力学第一定律又叫作熵增加原理D.在任何自然过程中,一个孤立系统总熵不会降低答案:AD第14页12342下面关于熵说法错误是(

)A.熵是系统内分子运动无序性量度B.在自然过程中熵总是增加C.热力学第二定律也叫作熵减小原理D.熵值越大代表着越无序解析:假如过程是可逆,则熵不变;假如不可逆,则熵是增加,而且一切自然过程都是沿着分子热运动无序性增大方向进行。答案:C第15页12343关于热力学温标正确说法是(

)A.热力学温标是一个更为科学温标B.热力学温标零度为-273.15℃,叫绝对零度C.气体温度趋近于绝对零度时其体积为零D.在绝对零度附近气体已液化,所以它压强不会为零解析:热力学温标在科学计算中,尤其表达在热力学方程中,使方程更简单,更科学,故A对;B是热力学温标常识,正确;气体趋近于绝对零度时,已液化,但有体积,故其压强不为零,C错,D对。答案:ABD第16页12344热力学第二定律开尔文表述指出:内能与机械能转化含有方向性。请结合熵改变加以解释。答案:机械运动是宏观情况下物体在空间位置上改变,物体运动状态改变完全遵照牛顿运动定律所反应因果关系,这是