5　热力学第二定律的微观解释

热力学第二定律的微观解释,热量不能自发地从低温物体传到高温物体。-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，而不产生其他影响。-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。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,无序,有序,有序,无序,列举生活中的一个有序与无序现象。,体验活动1：有序、无序请学号20-25的同学到前面来，排成一队。,一.有序和无序,有序：系统的个体按确定的某种规则，有序排列。无序：个体分布没有确定的要求，怎么分布都可以。,1.将扑克牌按红桃、黑桃的顺序排列及号码由小到大顺序自左向右排列。,体验活动2：扑克牌的排列,宏观态1,具体的排列,对应的微观态数目：1,2.将扑克牌按红桃、黑桃的顺序自左向右排列。,宏观态2,对应的微观态数目：2,具体的排列,3、将扑克牌按任意顺序排列。,二.宏观态和微观态,宏观态：指符合某种规则的宏观状态。微观态：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。,一种“宏观态”可能包含一种或几种“微观态”,宏观态1红黑+序号,宏观态2红黑,宏观态3任意,1,2,1.比较3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？3.哪种宏观态更容易实现？,3,二.宏观态和微观态,无序意味着各处都一样，平均没有差别。宏观过程的方向性从有序到无序。,宏观态对应的微观态数量多显得无序。宏观态对应的微观态数量少显得有序。,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。,三.气体向真空中的扩散,A,B,A,B,宏观态,微观态（详细分布）,宏观态,微观态个数,1,4,6,4,1,1/16,4/16,6/16,4/16,1/16,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。,均匀分布对应的微观态数最多,最无序。,=16,宏观态,微观态个数,=16,N个分子，可能有多少种微观态？,全部退回到A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，即系统最后所达到的平衡态。,气体向真空的自由膨胀是不可逆的。,A,B,A,B,是微观态增加的过程,有序无序,概率较大的宏观态,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：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,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。,四.熵,1877年，玻耳兹曼提出了熵S与的关系,Sln,普朗克定义了熵,S=Kln,熵-度量系统无序程度的大小，熵越高，系统越无序，熵越低，系统越有序。,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（熵增加原理）,思考：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？,做一做目前，“熵”这个词的应用十分广泛，已经超出了物理学的范畴，深入到信息科学、生命科学和社会科学中，在这些场合，有些用法是熵本来意义的延伸，有些只是用做“无序程度”的代名词，描述过程发展的方向。访问一个有搜索功能的网站，键入“熵”，看看人们是怎样使用这个名词的。,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的一股逆流！,关于熵的认识,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。,热力学第一定律:UQ+W,小结：热力学定律,“量”,“序”,概率小的状态(有序)概率大的状态(无序-混乱),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()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,