5　热力学第二定律的微观解释

10 5热力学第二定律的微观解释 1 有序和无序有序 只要确定了某种规则 符合这个规则的就叫做有序 无序 不符合某种确定规则的称为无序 无序意味着各处都一样 平均 没有差别 有序则相反 有序和无序是相对的 一 有序和无序宏观态和微观态 2 宏观态和微观态宏观态 符合某种规定 规则的状态 叫做热力学系统的宏观态 微观态 在宏观状态下 符合另外的规定 规则的状态叫做这个宏观态的微观态 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 如果一个 宏观态 对应的 微观态 比较多 就说这个 宏观态 是比较无序的 容器左右等体积 左部有气体 右部为真空 抽去隔板气体自由膨胀系统宏观态 用分子左 右两部分的分配数目表示系统微观态 用分子处在某一部分的具体情况表示 假定容器中有4个分子的情况 分子是可识别的 微观态 二 气体向真空的扩散 分布 宏观态 详细分布 微观态 抽出隔板后 4个分子在容器中可能的分布如图所示 1 6 4 1 4 容器中有6个分子 在容器中的位置可能分布 一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行 热力学第二定律的微观解释 1 为了研究的方便 玻耳兹曼用一个新的状态函数 熵S来表示系统无序性的大小 2 定义熵与热力学概率之间的关系为 S kln 其中k为玻耳兹曼常量 上式称为玻耳兹曼关系式或玻耳兹曼熵公式 3 熵的微观意义 系统内分子运动无序性的量度 三 熵 用熵S代替热力学概率后 热力学第二定律可以表述为 在任何自然过程中 一个孤立系统的总不会减小 热力学第二定律的这一表述称为熵增加原理 4 熵增加原理 1 关于有序和无序下列说法正确的是 A 有序和无序不是绝对的B 一个 宏观态 可能对应着许多的 微观态 C 一个 宏观态 对应着唯一的 微观态 D 无序意味着各处一样 平均 没有差别 例题 有序和无序是相对的 无序意味着各处都一样 平均没有差别 有序则相反 系统的宏观状态对应的微观态的多少表现为宏观态无序程度的大小 一个 宏观态 可能对应着许多的 微观态 ABD 2 关于热力学第二定律的微观意义 下列说法正确的是 A 大量分子无规则的热运动能够自动转变为有序运动B 热传递的自然过程是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化的过程C 热传递的自然过程是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的运动状态转化的过程D 一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行 分子热运动无序程度小 熵增加原理 无序程度大 CD 练一练 3 对于孤立体系中发生的实际过程 下列说法中正确的是 A 系统的总熵只能增大 不可能减小B 系统的总熵可能增大 可能不变 还可能减小C 系统逐渐从比较有序的状态向更无序的状态发展D 系统逐渐从比较无序的状态向更加有序的状态发展 在孤立体系中发生的实际过程 其系统的总熵是增加的 系统只能是从比较有序的状态向更无序的状态发展 熵增加原理 AC 4 下面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B 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 有的自然过程沿