南京市金陵中学-高中物理-热力学第二定律微观解释-黄皓燕.ppt

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1、热力学第二定律的微观解释热力学第二定律的微观解释人人教教版版 选修选修3-3南京市金陵中学南京市金陵中学 黄皓燕黄皓燕 热量不能自发地从低温物体传到高温物体。热量不能自发地从低温物体传到高温物体。-克劳修斯表述克劳修斯表述 不可能从单一热库吸收热量，使之完全变为功，而不产生不可能从单一热库吸收热量，使之完全变为功，而不产生其他影响。其他影响。-开尔文表述开尔文表述 自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。系统的宏观表现源于微观粒子的统计规律。系统的宏观表现源于微观粒子的统计规律。热力学第二定律热力学第二定律无序无序有序有序有序有序无序无序

2、列举生活中的一个有序与无序现象。列举生活中的一个有序与无序现象。体验活动体验活动1：有序、无序：有序、无序请学号请学号20-25 的同学到前面来，排成一队。的同学到前面来，排成一队。一一.有序和无序有序和无序有序：有序：系统的个体按确定的某种规则，有序排列。系统的个体按确定的某种规则，有序排列。无序：无序：个体分布没有个体分布没有确定的要求，怎么分布都可以。确定的要求，怎么分布都可以。1.将扑克牌按红桃、黑桃的将扑克牌按红桃、黑桃的顺序排列及号码由小到大顺顺序排列及号码由小到大顺序自左向右排列。序自左向右排列。体验活动体验活动2：扑克牌的排列：扑克牌的排列宏观态宏观态1具体的排列具体的排列对应

3、的微观态数目：对应的微观态数目：12.将扑克牌按红桃、将扑克牌按红桃、黑桃的顺序自左向右黑桃的顺序自左向右排列。排列。宏观态宏观态2对应的微观态数目：对应的微观态数目：2具体的排列具体的排列3、将扑克牌按任意顺序排列。、将扑克牌按任意顺序排列。二二.宏观态和微观态宏观态和微观态宏观态：宏观态：指符合某种规则的宏观状态。指符合某种规则的宏观状态。微观态：微观态：在规定的宏观态下，所有可能的不同的（微在规定的宏观态下，所有可能的不同的（微观的）分布状态，叫做这种宏观态的微观态。观的）分布状态，叫做这种宏观态的微观态。一种一种“宏观态宏观态”可能包含一种或几种可能包含一种或几种“微观态微观态”宏观态

4、宏观态1红黑红黑+序号序号宏观态宏观态2 红黑红黑宏观态宏观态3任意任意12 1.比较比较3种宏观态（排列方式）的有序程度。种宏观态（排列方式）的有序程度。2.观察宏观态的有序程度与什么有关？无序有什么特点？观察宏观态的有序程度与什么有关？无序有什么特点？3.哪种宏观态更容易实现？哪种宏观态更容易实现？3二二.宏观态和微观态宏观态和微观态无序意味着各处都一样，平均没有差别。无序意味着各处都一样，平均没有差别。宏观过程的方向性宏观过程的方向性从有序到无序。从有序到无序。宏观态对应的微观态数量多宏观态对应的微观态数量多显得无序。显得无序。宏观态对应的微观态数量少宏观态对应的微观态数量少显得有序。显

5、得有序。热力学第二定律的另一种表述：热力学第二定律的另一种表述：气体向真空的自由膨胀是不可逆的。气体向真空的自由膨胀是不可逆的。三三.气体向真空中的扩散气体向真空中的扩散ABAB宏观态宏观态微观态（详细分布）微观态（详细分布）宏观态宏观态微观态微观态个数个数146411/164/166/164/161/16等概率原理：对于孤立系统，各种微观态出现的可能性等概率原理：对于孤立系统，各种微观态出现的可能性（或概率）是相等的。（或概率）是相等的。均匀分布对应的微观态数最多均匀分布对应的微观态数最多,最无序。最无序。=16宏观态宏观态微观态微观态个数个数=16ABN个分子，可能有多少种微观态？个分子，

6、可能有多少种微观态？全部退回到全部退回到A部的几率部的几率1/2N=24 1023个分子组成的宏观系统，均匀分布这种宏观态的热个分子组成的宏观系统，均匀分布这种宏观态的热力学概率几乎为力学概率几乎为100%。实际观测到的基本是均匀分布这种宏观态，即系统最后所实际观测到的基本是均匀分布这种宏观态，即系统最后所达到的平衡态。达到的平衡态。气体向真空的自由膨胀是不可逆的。气体向真空的自由膨胀是不可逆的。ABAB是微观态增加的过程是微观态增加的过程有序有序无序无序概率较大的宏观态概率较大的宏观态无序意味着各处都一样，平均、没有差别。无序意味着各处都一样，平均、没有差别。热力学第二定律的微观意义：热力学

7、第二定律的微观意义：一切自发的过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行。一切自发的过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行。请从微观角度解释请从微观角度解释 热量自发地从高温物体传到低温物体。热量自发地从高温物体传到低温物体。无序意味着各处都一样，平均、没有差别。无序意味着各处都一样，平均、没有差别。四四.熵熵1877年，玻耳兹曼提出了年，玻耳兹曼提出了熵熵S与与的关系的关系Sln普朗克定义了普朗克定义了熵熵S=K ln熵熵-度量系统无序程度的大小，度量系统无序程度的大小，熵越高，系统越无序，熵越低，熵越高，系统越无序，熵越低，系统越有序。系统越有序。在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不

8、会减小。在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小。热力学第二定律（热力学第二定律（熵增加原理熵增加原理）思考：思考：一个物体在粗糙的平面上滑动，最后停止。系一个物体在粗糙的平面上滑动，最后停止。系统的熵如何变化？统的熵如何变化？做一做做一做 目前，目前，“熵熵”这个词的应用十分广泛，已经超出了物理学的范畴，这个词的应用十分广泛，已经超出了物理学的范畴，深入到深入到信息科学信息科学、生命科学生命科学和和社会科学社会科学中，在这些场合，有些用法是熵中，在这些场合，有些用法是熵本来意义的延伸，有些只是用做本来意义的延伸，有些只是用做“无序程度无序程度”的代名词，描述的代名词，描述过程发展过程发展

9、的方向的方向。访问一个有搜索功能的网站，键入访问一个有搜索功能的网站，键入“熵熵”，看看人们是怎样使用这，看看人们是怎样使用这个名词的。个名词的。熵本身既不是好事，也不是坏事。熵的增加表示宇宙物质的日益混熵本身既不是好事，也不是坏事。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。乱和无序，是无效能量的总和。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，生命的现象是宇宙洪流中

10、的一股逆又认为熵定律只涉及物质世界，生命的现象是宇宙洪流中的一股逆流！流！关于熵的认识关于熵的认识热力学第二定律热力学第二定律:热量不能自发地从低温物体传到高温物体。热量不能自发地从低温物体传到高温物体。热力学第一定律热力学第一定律:U Q+W小结：热力学定律小结：热力学定律“量量”“序序”概率小的状态概率小的状态(有序有序)概率大的状态概率大的状态(无序无序-混乱混乱)熵增加的状态熵增加的状态下列关于热力学第二定律微观意义的说法正确的是下列关于热力学第二定律微观意义的说法正确的是 ()A从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律B一切自然过程总是

11、沿着分子热运动无序性减小的方向进行一切自然过程总是沿着分子热运动无序性减小的方向进行C有的自然过程沿着分子热运动无序性增大的方向进行，有有的自然过程沿着分子热运动无序性增大的方向进行，有的自然过程沿着分子热运动无序性减小的方向进行的自然过程沿着分子热运动无序性减小的方向进行D在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵会减小在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵会减小A热力学第二定律热力学第二定律:热量不能自发地从低温物体传到高温物体。热量不能自发地从低温物体传到高温物体。热力学第一定律热力学第一定律:U Q+W小结：热力学定律小结：热力学定律“量量”“序序”概率小的状态概率小的状态(有序有序)概率大的状态概率大的状态(无序无序-混乱混乱)熵增加的状态熵增加的状态再再 见见 ！