2021-2022学年高二物理竞赛热力学定律微观诠释课件.pptx

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1、 第八节第八节热力学定律热力学定律 的的 微观诠释微观诠释一、关于热力学第一定律一、关于热力学第一定律一、关于热力学第一定律一、关于热力学第一定律从微观角度看：从微观角度看：1 1、内能、内能体系中所有分子的体系中所有分子的无规热运动无规热运动 动能动能(平动、转动、振动等平动、转动、振动等)以以 及分子间的相互作用势能之和及分子间的相互作用势能之和一、关于热力学第一定律一、关于热力学第一定律从微观角度看：从微观角度看：1 1、内能、内能体系中所有分子的体系中所有分子的无规热运动无规热运动 动能动能(平动、转动、振动等平动、转动、振动等)以以 及分子间的相互作用势能之和及分子间的相互作用势能之

2、和2 2、功、功所起的作用是物体的所起的作用是物体的有规律运动有规律运动 与系统内分子与系统内分子无规热运动无规热运动之间的之间的 转换。转换。一、关于热力学第一定律一、关于热力学第一定律从微观角度看：从微观角度看：1 1、内能、内能体系中所有分子的体系中所有分子的无规热运动无规热运动 动能动能(平动、转动、振动等平动、转动、振动等)以以 及分子间的相互作用势能之和及分子间的相互作用势能之和2 2、功、功所起的作用是物体的所起的作用是物体的有规律运动有规律运动 与系统内分子与系统内分子无规热运动无规热运动之间的之间的 转换。转换。3 3、热量、热量所起的作用是所起的作用是无规热运动无规热运动能

3、量能量 的传递。的传递。热力学第一定律阐明：热力学第一定律阐明：1、功与热量在能量方面的等效性；、功与热量在能量方面的等效性；热力学第一定律阐明：热力学第一定律阐明：1、功与热量在能量方面的等效性；、功与热量在能量方面的等效性；2、功与热量相互转化的可能性。、功与热量相互转化的可能性。二、关于热力学第二定律二、关于热力学第二定律 热力学第二定律指出了热量传递方向和热力学第二定律指出了热量传递方向和热功转化方向的不可逆性，热功转化方向的不可逆性，二、关于热力学第二定律二、关于热力学第二定律 热力学第二定律指出了热量传递方向和热力学第二定律指出了热量传递方向和热功转化方向的不可逆性，这一结论可以从

4、热功转化方向的不可逆性，这一结论可以从微观角度出发，从统计意义来进行解释。微观角度出发，从统计意义来进行解释。二、关于热力学第二定律二、关于热力学第二定律 热力学第二定律指出了热量传递方向和热力学第二定律指出了热量传递方向和热功转化方向的不可逆性，这一结论可以从热功转化方向的不可逆性，这一结论可以从微观角度出发，从统计意义来进行解释。微观角度出发，从统计意义来进行解释。初始状态初始状态二、关于热力学第二定律二、关于热力学第二定律初始状态初始状态摇动后摇动后 热力学第二定律指出了热量传递方向和热力学第二定律指出了热量传递方向和热功转化方向的不可逆性，这一结论可以从热功转化方向的不可逆性，这一结论

5、可以从微观角度出发，从统计意义来进行解释。微观角度出发，从统计意义来进行解释。二、关于热力学第二定律二、关于热力学第二定律初始状态初始状态摇动后摇动后几率大几率大 热力学第二定律指出了热量传递方向和热力学第二定律指出了热量传递方向和热功转化方向的不可逆性，这一结论可以从热功转化方向的不可逆性，这一结论可以从微观角度出发，从统计意义来进行解释。微观角度出发，从统计意义来进行解释。二、关于热力学第二定律二、关于热力学第二定律初始状态初始状态摇动后摇动后几率几率很小很小 热力学第二定律指出了热量传递方向和热力学第二定律指出了热量传递方向和热功转化方向的不可逆性，这一结论可以从热功转化方向的不可逆性，

6、这一结论可以从微观角度出发，从统计意义来进行解释。微观角度出发，从统计意义来进行解释。几率大几率大二、关于热力学第二定律二、关于热力学第二定律 气体自由膨胀的气体自由膨胀的不可逆性可以用不可逆性可以用 几率几率来说明。来说明。气体自由膨胀的气体自由膨胀的不可逆性可以用不可逆性可以用 几率几率来说明。来说明。ABabc隔隔板板 气体自由膨胀的气体自由膨胀的不可逆性可以用不可逆性可以用 几率几率来说明。来说明。ABabca、b、c 三个分子在三个分子在A、B两室的分配方式两室的分配方式A室室B室室abc ab bccacabcababccabcab00隔隔板板 气体自由膨胀的气体自由膨胀的不可逆性

7、可以用不可逆性可以用 几率几率来说明。来说明。ABabcabc ab bccacabcababccabcab00隔隔板板a 分子出现在分子出现在A室的几率为室的几率为12a、b、c 三个分子在三个分子在A、B两室的分配方式两室的分配方式A室室B室室三分子全部回到三分子全部回到A室的几率为室的几率为、气体自由膨胀的气体自由膨胀的不可逆性可以用不可逆性可以用 几率几率来说明。来说明。ABabcabc ab bccacabcababccabcab00隔隔板板12a b c、118=23a、b、c 三个分子在三个分子在A、B两室的分配方式两室的分配方式A室室B室室a 分子出现在分子出现在A室的几率为室

8、的几率为、气体自由膨胀的气体自由膨胀的不可逆性可以用不可逆性可以用 几率几率来说明。来说明。ABabcabc ab bccacabcababccabcab00隔隔板板12a b c、118=23N 个分子全部自动个分子全部自动收缩到收缩到A室的几率为室的几率为00N112210230a、b、c 三个分子在三个分子在A、B两室的分配方式两室的分配方式A室室B室室a 分子出现在分子出现在A室的几率为室的几率为三分子全部回到三分子全部回到A室的几率为室的几率为 从以上说明可知：从以上说明可知：不可逆过程实质上是不可逆过程实质上是 一到个从几率较小的状态到几率较大的状态一到个从几率较小的状态到几率较大

9、的状态 的变化过程。的变化过程。从以上说明可知：从以上说明可知：不可逆过程实质上是不可逆过程实质上是 一到个从几率较小的状态到几率较大的状态一到个从几率较小的状态到几率较大的状态 的变化过程。的变化过程。在一个孤立系统内，一切实际过程都向在一个孤立系统内，一切实际过程都向 着状态的几率增大的方向进行。着状态的几率增大的方向进行。从以上说明可知：从以上说明可知：不可逆过程实质上是不可逆过程实质上是 一到个从几率较小的状态到几率较大的状态一到个从几率较小的状态到几率较大的状态 的变化过程。的变化过程。在一个孤立系统内，一切实际过程都向在一个孤立系统内，一切实际过程都向 着状态的几率增大的方向进行。

10、只有在理想着状态的几率增大的方向进行。只有在理想 的可逆过程中，几率才保持不变。的可逆过程中，几率才保持不变。从以上说明可知：从以上说明可知：不可逆过程实质上是不可逆过程实质上是 一到个从几率较小的状态到几率较大的状态一到个从几率较小的状态到几率较大的状态 的变化过程。的变化过程。在一个孤立系统内，一切实际过程都向在一个孤立系统内，一切实际过程都向 着状态的几率增大的方向进行。只有在理想着状态的几率增大的方向进行。只有在理想 的可逆过程中，几率才保持不变。的可逆过程中，几率才保持不变。能量从高温热源传给低温热源的几率要能量从高温热源传给低温热源的几率要比比 反向传递的几率大得多。反向传递的几率

11、大得多。从以上说明可知：从以上说明可知：不可逆过程实质上是不可逆过程实质上是 一到个从几率较小的状态到几率较大的状态一到个从几率较小的状态到几率较大的状态 的变化过程。的变化过程。在一个孤立系统内，一切实际过程都向在一个孤立系统内，一切实际过程都向 着状态的几率增大的方向进行。只有在理想着状态的几率增大的方向进行。只有在理想 的可逆过程中，几率才保持不变。的可逆过程中，几率才保持不变。能量从高温热源传给低温热源的几率要能量从高温热源传给低温热源的几率要比比 反向传递的几率大得多。反向传递的几率大得多。宏观物体有规则机械运动（作功）转变宏观物体有规则机械运动（作功）转变为分子无规则热运动的几率要

12、比反向转变的为分子无规则热运动的几率要比反向转变的几率大得多。几率大得多。热力学第二定律的适用范围热力学第二定律的适用范围热力学第二定律的适用范围热力学第二定律的适用范围 1.热力学第二定律是一个统计规律，热力学第二定律是一个统计规律，只有对有大量分子所组成的系统才正确。只有对有大量分子所组成的系统才正确。热力学第二定律的适用范围热力学第二定律的适用范围 1.热力学第二定律是一个统计规律，热力学第二定律是一个统计规律，只有对有大量分子所组成的系统才正确。只有对有大量分子所组成的系统才正确。2.不能把热力学第二定律推广到浩瀚不能把热力学第二定律推广到浩瀚的宇宙中去，因为宇宙不是一个孤立系统。的宇

13、宙中去，因为宇宙不是一个孤立系统。热力学第二定律的统计意义：热力学第二定律的统计意义：在一个孤立系统内，一切实际过程在一个孤立系统内，一切实际过程都向着状态几率增大的方向进行，由包都向着状态几率增大的方向进行，由包含微观状态少的宏观过程向包含微观状含微观状态少的宏观过程向包含微观状态多的宏观过程进行。态多的宏观过程进行。三、玻尔兹曼关系式三、玻尔兹曼关系式1、热力学概率热力学概率 任一宏观状态所对应的微观状态的数目任一宏观状态所对应的微观状态的数目 三、玻尔兹曼关系式三、玻尔兹曼关系式1、热力学概率热力学概率 任一宏观状态所对应的微观状态的数目任一宏观状态所对应的微观状态的数目2、熵与热力学概率的关系熵与热力学概率的关系 S=k ln (玻尔兹曼关系式玻尔兹曼关系式)三、玻尔兹曼关系式三、玻尔兹曼关系式1、热力学概率热力学概率 任一宏观状态所对应的微观状态的数目任一宏观状态所对应的微观状态的数目2、熵与热力学概率的关系熵与热力学概率的关系 S=k ln (玻尔兹曼关系式玻尔兹曼关系式)平衡态对应的热力学概率平衡态对应的热力学概率 为最大为最大