热力学第二定律的统计解释.pptx

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1、第三章热力学基础第三章热力学基础3 3 9 9 热力学第二定律的统计意义热力学第二定律的统计意义 不可逆过程的本质不可逆过程的本质 系统从热力学概率小的状态向热力学概率大的系统从热力学概率小的状态向热力学概率大的状态进行的过程状态进行的过程.一切自发过程的普遍规律一切自发过程的普遍规律 概概率小的状态率小的状态概概率大的状态率大的状态 讨论讨论 个粒子在空间的分布问题个粒子在空间的分布问题 可分辨的粒子集中在可分辨的粒子集中在左左空间的概率空间的概率第第1页页/共共11页页第三章热力学基础第三章热力学基础3 3 9 9 热力学第二定律的统计意义热力学第二定律的统计意义分分 子子 的的 分分 布

2、布总总计计状状 态态 数数容器容器 的部的部分分AB10abcd0abcdbcdaacdbabdcabcdbcdaacdbabdcabcdabcdacbdadbcbcadcdabbdac4616abcdABabcdABabcdabcdabcdabcdabcdabcd14第第2页页/共共11页页第三章热力学基础第三章热力学基础3 3 9 9 热力学第二定律的统计意义热力学第二定律的统计意义a,b,c,d,四个分子全部退回四个分子全部退回A或或B的可能性为的可能性为1/16，也就是说气体自发的全部退回，也就是说气体自发的全部退回A或或B的可能性微的可能性微乎其微，而均匀分布的宏观状态占绝大部分。乎

3、其微，而均匀分布的宏观状态占绝大部分。分分 子子 的的 分分 布布总总计计状状 态态 数数容器容器 的部的部分分AB10abcd0abcdbcdaacdbabdcabcdbcdaacdbabdcabcdabcdacbdadbcbcadcdabbdac461416第第3页页/共共11页页第三章热力学基础第三章热力学基础3 3 9 9 热力学第二定律的统计意义热力学第二定律的统计意义 N 1 2 4 N 0（左）（左）N个分子，个分子，。若若N=100，则：则：一般热力学系统一般热力学系统 N的数量级约的数量级约为为1023，上述比例实际上是百分，上述比例实际上是百分之百。之百。(N左左)N 很大

4、很大 N/2N左左而左右各半的而左右各半的平衡态及其附近宏观态平衡态及其附近宏观态的的热力学概率热力学概率则则占总微观状态数的占总微观状态数的绝大比例。绝大比例。第第4页页/共共11页页第三章热力学基础第三章热力学基础3 3 9 9 热力学第二定律的统计意义热力学第二定律的统计意义2.热力学第二定律的统计意义热力学第二定律的统计意义平衡态平衡态 最概然态最概然态非平衡态非平衡态非平衡态非平衡态平衡态平衡态 自发自发 “一个孤立系统其内部自发进行的过程总是由热力一个孤立系统其内部自发进行的过程总是由热力学概率小的宏观态向热力学概率大的宏观态过渡学概率小的宏观态向热力学概率大的宏观态过渡”热二律的

5、统计意义热二律的统计意义热力学第二定律是个统计规律，它只适用于热力学第二定律是个统计规律，它只适用于大量分子大量分子的系统。的系统。第第5页页/共共11页页第三章热力学基础第三章热力学基础3 3 9 9 热力学第二定律的统计意义热力学第二定律的统计意义楼塌熵增楼塌熵增第第6页页/共共11页页第三章热力学基础第三章热力学基础3 3 9 9 热力学第二定律的统计意义热力学第二定律的统计意义 孤立系统进行的过程孤立系统进行的过程 ，同时，同时 S ，S 与与 必有联系。必有联系。二二 熵与热力学概率熵与热力学概率 玻尔兹曼关系式玻尔兹曼关系式 热力学热力学概概率（微观状态数）、无序度、混乱度率（微观

6、状态数）、无序度、混乱度.设设，求求 f 的函数形式。的函数形式。由由 S 的的可加性可加性来分析：来分析：S1,11S2,221、2彼此独立彼此独立1+2S,应有：应有：第第7页页/共共11页页第三章热力学基础第三章热力学基础3 3 9 9 热力学第二定律的统计意义热力学第二定律的统计意义 玻耳兹曼熵公式玻耳兹曼熵公式该公式是物理学中最重要的公式之一。该公式是物理学中最重要的公式之一。1877年玻耳兹曼提出了年玻耳兹曼提出了S ln 。1900年普朗克引进了比例系数年普朗克引进了比例系数 k。孤立系统孤立系统 S 是个概率问题。是个概率问题。从从来看来看，熵是系统无序性的度量。熵是系统无序性

7、的度量。第第8页页/共共11页页第三章热力学基础第三章热力学基础3 3 9 9 热力学第二定律的统计意义热力学第二定律的统计意义对孤立系统中进行的过程有对孤立系统中进行的过程有熵增加原理熵增加原理或者说或者说“孤立系统内的一切过程熵不会减少孤立系统内的一切过程熵不会减少”任何不可逆过程都是由比较有秩序的状态向比较无任何不可逆过程都是由比较有秩序的状态向比较无秩序的状态变化，即孤立系统内的自发过程总是沿秩序的状态变化，即孤立系统内的自发过程总是沿着熵增大的方向进行着熵增大的方向进行,只有可逆过程熵值才不变。只有可逆过程熵值才不变。熵增加原理熵增加原理功功热：热：有序运动有序运动热运动热运动热传导

8、：热传导：速度分布无序性增加速度分布无序性增加自由膨胀：自由膨胀：空间分布无序性增加空间分布无序性增加自然过程总是沿着无序性增加自然过程总是沿着无序性增加（熵增加）（熵增加）的方向进行。的方向进行。熵增加熵增加第第9页页/共共11页页第三章热力学基础第三章热力学基础3 3 9 9 热力学第二定律的统计意义热力学第二定律的统计意义 2）熵是孤立系统的无序度的量度熵是孤立系统的无序度的量度.（平衡态熵（平衡态熵最大）（最大）（愈大，愈大，S 愈高，系统有序度愈差愈高，系统有序度愈差.）1）熵的概念建立，使热力学第二定律得到统熵的概念建立，使热力学第二定律得到统一的定量的表述一的定量的表述.热一、二律综合：热一、二律综合：（可逆）（可逆）熵给出了孤立系统中过程进行的熵给出了孤立系统中过程进行的方向方向和和限度。限度。熵增加原理是热力学第二定律的数学表示。熵增加原理是热力学第二定律的数学表示。第第10页页/共共11页页第三章热力学基础第三章热力学基础3 3 9 9 热力学第二定律的统计意义热力学第二定律的统计意义感谢观看！感谢观看！第第11页页/共共11页页