5　热力学第二定律的微观解释

1 5 5 月月 3 日日 热力学第二定律的微观解释热力学第二定律的微观解释 高考频度 高考频度 难易程度 难易程度 关于有序和无序宏观态和微观态 下列说法正确的是 A 有序和无序是绝对的 B 一个 宏观态 可能对应着许多的 微观态 C 一个 宏观态 只能对应着唯一的 微观态 D 无序意味着各处一样 平均 没有差别 参考答案参考答案 BD 试题解析试题解析 因为无序是各处都一样 平均 没有差别 故 D 项正确 而有序和无序是相对的 故 A 项 错误 而一个 宏观态 可能对应一个或多个 微观态 所以 B 项正确 C 项错误 知识补给知识补给 热力学第二定律的微观解释热力学第二定律的微观解释 1 热力学第二定律的微观解释 高温物体和低温物体中的分子都在做无规则的热运动 但是高温物体中分子热运动的平均速率要大于低温 物体的平均速率 所以在高温物体分子与低温物体分子的碰撞过程中 低温物体分子运动的剧烈程度会逐 渐加剧 即低温物体的温度升高 而高温物体分子运动的剧烈程度会减缓 即高温物体的温度降低 所以 从宏观热现象角度来看 传热具有方向性 热量总是从高温物体传给低温物体 换一种角度看 初始我们 根据温度的高低来区分两个物体 而末状态两个物体的温度处处相同 无法区别 我们就说系统的无序程 度增加了 同理可知 在通过做功使系统内能增加的过程中 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 热力学第二定律揭示了涉及热现象的一切宏观的自然过程都只能在一个方向上发生 而不会可逆地在相反 的方向上出现 它指出在能量得以平衡的众多过程中 哪些可能发生 哪些不可能发生 自然界涉及热现 象的一切宏观过程都是不可逆的 宏观自发过程的这种方向性 熵增加的方向 也就成为时间的方向性 所以 熵 又常常被称为 时间箭头 注意 注意 微观状态数最大的平衡态是最混乱 最无序的状态 从统计规律角度看 热力学第二定律可表述为 孤立系统内部所发生的过程总是从包含微观态数少的宏观 态向包含微观态数多的宏观态过渡 从热力学概率小的状态向热力学概率大的状态过渡 自然过程总是向 着使系统热力学概率增大的方向进行 总是沿着使无序性增大的方向进行 2 热力学第二定律的微观意义 有序状态指的是对应着较少微观态的那种宏观态 自发过程总是倾向于出现与较多微观态对应的宏观态 即出现概率较大的状态 因此自发过程总是从有序向着无序发展的 2 5 热力学第二定律的微观意义 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 特别说明 特别说明 系统处于平衡状态 则对应着最无序的状态 从统计意义看 热力学第二定律指出了自然过程总是由概率小的宏观状态向概率大的宏观状态进行 气体 向真空中扩散的现象反映了宏观自发过程具有方向性 即宏观的自发过程总是倾向于出现与较多微观态对 应的宏观态 因此自发的过程总是从有序向着无序发展的 已知一个系统的两个宏观态甲 乙 及对应微观态的个数分别为较少 较多 则下列关于对两个宏观 态的描述及过程自发的可能方向的说法中正确的是 A 甲比较有序 乙比较无序 甲 乙 B 甲比较无序 乙比较有序 甲 乙 C 甲比较有序 乙比较无序 乙 甲 D 甲比较无序 乙比较有序 乙 甲 2018 四川省内江市高三第二次诊断性 下列叙述正确的是 A 理想气体等压膨胀过程一定吸热 B 液体的饱和气压随温度的升高而增大 C 第二类永动机不可能制成的原因是违背了能量守恒定律 D 自然发生的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的 E 液体表面存在张力是因为液体表面层分子间的距离小于液体内部分子间的距离 对 覆水难收 的叙述正确的是 A 盛在盆中的水是一种宏观态 因盆子的因素 对应的微观态数目较少 较为有序 B 盛在盆中的水是一种宏观态 因盆子的因素 对应的微观态数目较多 较为无序 C 泼出的水是一种宏观态 因不受器具的限制 对应的微观态数目较多 较为无序 D 泼出的水是一种宏观态 因不受器具的限制 对应的微观态数目较少 较为有序 2018 湖北省沙市中学高二期中 下列论述正确的是 A 一定质量的理想气体经历一缓慢的绝热膨胀过程 气体的内能增大 B 第一类永动机 违反了能量守恒定律 C 气体向真空的自由膨胀是不可逆的 D 热力学第二定律可描述为 第二类永动机不可制成 2018 江西省樟树中学高二月考 关于热力学第二定律的微观意义 下列说法正确的是 A 熵越大 表示宏观态所对应的微观态数目越少 3 5 B 气体向真空中扩散时 气体分子变成均匀分布的可能性最大 C 我们所说的有序状态 指的是对应着较多微观态的那样的宏观态 D 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 对于一定质量的理想气体 下列说法正确的是 A 温度升高 分子的平均动能增大 每次碰撞对容器壁的作用力增大 压强一定增大 B 体积减小 单位体积内的分子数增多 气体的内能一定增大 C 绝热压缩一定质量的理想气体时 外界对气体做功 内能增加 压强一定增大 D 一定质量的理想气体向真空自由膨胀时 体积增大 熵减小 参考答案参考答案 A 一个宏观态对应微观态的多少标志了宏观态的无序程度 从中还可以推知系统自发的方向 微观 态数目越多 表示越无序 一切自然过程总沿着无序性增大的方向进行 A 对 BCD 错 ABD 理想气体等压膨胀对外做功 温度增加 内能增大 所以一定吸热 A 正确 液体的饱和气压 与温度有关 液体的饱和气压随温度的升高而增大 故 B 正确 第一类永动机违背了能量守恒定律 第二 类永动机违背了热力学第二定律 故 C 错误 根据热力学第二定律可知 自然发生的热传递过程是向着分 子热运动无序性增大的方向进行的 故 D 正确 液体表面存在张力是因为液体表面层分子间的距离大于液 体内部分子间的距离 分子之间表现为引力 故 E 错误 故选 ABD 多 选项 D 正确 AC 一切自然过程总是从有序转化成无序 因此盆中的水是有序的 泼出去的水是无序的 故选项 A C 正确 BCD 一定质量的理想气体经历一缓慢的绝热膨胀过程 对外做功 内能减小 温度降低 所以气体 分子的平均动能减小 故 A 错误 第一类永动机违反了能量的转化和守恒 永远不可能实现 故 B 正确 C 项 根据熵增原理可知 气体向真空的自由膨胀是不可逆的 故 C 正确 根据热力学第二定律可知 热 力学第二定律可描述为 第二类永动机不可制成 故 D 正确 BD 根据熵的意义可知 一个宏观状态所对应的微观状态越多 越是无序 熵值越大 故 A 错误 气体向真空中扩散时 气体分子变成均匀分布的可能性最大 选项 B 正确 根据熵的含义可知 如果一个 宏观态 对应的 微观态 比较多 就说明这个 宏观态 是比较无序的 故 C 错误 根据热力学第二定律可 知 热传递的自然宏观过程具有方向性 热传递的自然过程是大量分子从无序程度小的运动状态