最新热力学第二定律微观解释精.ppt

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1、最新热力学第二定律微观解释第1页，本讲稿共22页一切与一切与热现象热现象有关的有关的宏观自然宏观自然过过程都是有方向的（不可逆）程都是有方向的（不可逆）第2页，本讲稿共22页第3页，本讲稿共22页1.有序和无序有序和无序有序和无序有序和无序 宏观态和微观态宏观态和微观态 有序：有序：只要确定了某种规则，符合这个规则的就叫只要确定了某种规则，符合这个规则的就叫做有序。做有序。无序：无序：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第4页，本讲稿共22页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

2、序无序第5页，本讲稿共22页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”比较多，就说这个比较多，就说这个“宏观态宏观态”是比是比较无序的较无序的.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小宏观态无序程度越大小第6页，本讲稿共22页气体真空 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。抽去隔板气体自由膨胀。容器左部气体，右部真空。抽去隔板气体自由膨胀。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第7页，本讲稿共22页四种可能的微观态四种可能的微观态甲乙丙

3、丁同一宏观态同一宏观态同一宏观态同一宏观态第8页，本讲稿共22页 宏观态宏观态微观态微观态14641第9页，本讲稿共22页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,这个宏观态这个宏观态就越无序就越无序“无序无序”指一种平均、各处都一样、没有差别指一种平均、各处都一样、没有差别的宏观态的宏观态第10页，本讲稿共22页无序的宏观态无序的宏观态有序的宏观态有序的宏观态系统的宏观态所对应

4、的微观态的多少系统的宏观态所对应的微观态的多少表现为宏观态无序程度的大小。表现为宏观态无序程度的大小。微观态多微观态多微观态少微观态少第11页，本讲稿共22页一切自然过程总是由微观态较少的宏观态向微一切自然过程总是由微观态较少的宏观态向微观态较多的宏观态进行观态较多的宏观态进行l功热转换功热转换 电功电功 热能热能 有序运动有序运动 无序运动无序运动 l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总是从有序向无序自发的过程总是从有序向无序,或向或向无序性无序性增大的方向进行增大的方向进行第12页，本讲稿共22页一切自然过程总是沿着分子热运动一切自然过程总是沿着分子

5、热运动的的无序性增大无序性增大的方向进行的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:第13页，本讲稿共22页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进过程自发进行的发向行的发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第14页，本讲稿共22页用字母用字母 :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.熵熵符号符号:SK: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.

6、熵的微观意义：熵的微观意义：系统内分子热运动无序性系统内分子热运动无序性 的量度。的量度。第15页，本讲稿共22页用熵用熵 S S 代替热力学概率后，代替热力学概率后，热力学第二定律可以表述为：热力学第二定律可以表述为：在任何自然过程中在任何自然过程中,一个孤立一个孤立系统的总熵不会减小系统的总熵不会减小。热力学。热力学第二定律的这一表述称为第二定律的这一表述称为熵增加原理熵增加原理。第16页，本讲稿共22页对整个宇宙不适用。对整个宇宙不适用。如布朗运动。如布朗运动。平衡态相应于一定宏观条平衡态相应于一定宏观条件下件下 最大的状态。最大的状态。热力学第二定律的统计表述：孤热力学第二定律的统计表

7、述：孤立系统内部所发生的过程总是从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力学几率小的状态向热力学几率大的状态过渡。大的状态过渡。自然过程总是向着使自然过程总是向着使系统热力学几率增大系统热力学几率增大的方向进行。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：微观状态数最大微观状态数最大的平衡态状态是最混乱、的平衡态状态是最混乱、最无序的状态。最无序的状态。一切自然过程总是一切自然过程总是沿着无序性增大的沿着无序性增大的方向进行。方向

8、进行。1 1）适用于宏观过程）适用于宏观过程对微观过程不适用，对微观过程不适用，2 2）孤立系统有限范围）孤立系统有限范围,第17页，本讲稿共22页为了研究的方便，玻耳兹曼用一个新的状态函为了研究的方便，玻耳兹曼用一个新的状态函数数熵熵S来表示系统无序性的大小来表示系统无序性的大小。定义熵与。定义熵与热力学概率之间的关系为：热力学概率之间的关系为：S=kln 其中其中k为玻耳为玻耳兹曼常量兹曼常量，上式称为玻耳兹曼关系式或玻耳兹曼熵，上式称为玻耳兹曼关系式或玻耳兹曼熵公式。公式。用熵用熵S代替热力学概率后，热力学第二定律可以表述为：代替热力学概率后，热力学第二定律可以表述为：在孤立系统中进行的

9、自发过程总是沿着熵增加的方向进行，在孤立系统中进行的自发过程总是沿着熵增加的方向进行，它是不可逆的，平衡态相应于熵最大值的状态它是不可逆的，平衡态相应于熵最大值的状态。热力学第。热力学第二定律的这一表述称为二定律的这一表述称为熵增加原理熵增加原理。熵的微观意义：熵的微观意义：系统内分子热运动无序性的量度。系统内分子热运动无序性的量度。第18页，本讲稿共22页热力学第二定律的微热力学第二定律的微观解释观解释藁城市第九中学 程志亮第19页，本讲稿共22页一一.熵及熵增原理熵及熵增原理1玻尔兹曼熵公式：2熵增原理：孤立系统内，熵的数值永不减小，即：3热力学第二定律的适用范围大量分子有限的宏观物质系统

10、二二熵概念的重要意义熵概念的重要意义1联系热力学与统计力学如平衡态，最大，即平衡态为最可几趋势但不是唯一可能趋势2应用范围非常广阔 爱因斯坦称之为“第一法则”；它渗透到许多学科，与生命、环境、社会等密切相关3.不可逆过程总是向熵增加的方向进行的.因此用增加可判断进程进行的方向和限度.三三熵增加原理与热力学第二定律熵增加原理与热力学第二定律 熵增加原理是把热现象的不可逆过程进行的方向和限度进行数量上的描述,因此它是热力学第二定律的数学表示.熵熵 熵增加原理熵增加原理 第20页，本讲稿共22页视频：热力学第二定律视频：热力学第二定律 熵熵 第21页，本讲稿共22页谢谢！谢谢！第22页，本讲稿共22页