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第十章热力学定律,第五节热力学第二定律的微观解释,1.有序和无序：只要确定了某种规则，符合这个规则的就是有序的。不符合这个规则的是无序的。,一、热力学第二定律的微观意义,2.宏观态和微观态宏观态：指人为规定的宏观规则。微观态：符合规则的一个个状态。,一、热力学第二定律的微观意义,3.说明：不同的“宏观态”对应的“微观态”的个数不同如果一个“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。,一个被隔板分为A、B相等两部分的容器，装有4个涂以不同颜色分子。,例如：气体向真空的扩散,开始时，4个分子都在A部，抽出隔板后分子将向B部扩散并在整个容器内无规则运动。隔板被抽出后，4分子在容器中可能的分布情形如后面所示：,微观态共有24=16种可能的方式，而且4个分子全部退回到A部的可能性即几率为1/24=1/16。,一般来说，若有N个分子，则共2N种可能方式，而N个分子全部退回到A部的几率1/2N.对于真实理想气体系统N1023/mol，这些分子全部退回到A部的几率为此数值极小，意味着此事件永远不会发生。从任何实际操作的意义上说，不可能发生此类事件。,微观态共有24=16种可能的方式，而且4个分子全部退回到A部的可能性即几率为1/24=1/16。,一般来说，若有N个分子，则共2N种可能方式，而N个分子全部退回到A部的几率1/2N.对于真实理想气体系统N1023/mol，这些分子全部退回到A部的几率为此数值极小，意味着此事件永远不会发生。从任何实际操作的意义上说，不可能发生此类事件。,对单个分子或少量分子来说，它们扩散到B部的过程原则上是可逆的。,对大量分子组成的宏观系统来说，它们向B部自由膨胀的宏观过程实际上是不可逆的。这就是宏观过程的不可逆性在微观上的统计解释。,（依然看前例）,左边一列的各种分布仅指出A、B两边各有几个分子，代表的是系统可能的宏观态。中间各列是详细的分布，具体指明了这个或那个分子各处于A或B哪一边，代表的是系统的任意一个微观态。,4个分子在容器中的分布对应5种宏观态。一种宏观态对应若干种微观态。均匀分布对应的微观态数最多。全部退回A边仅对应一种微观态,在上例中，均匀分布这种宏观态，相应的微观态最多，热力学几率最大，实际观测到的可能性或几率最大。,对于1023个分子组成的宏观系统来说，均匀分布这种宏观态的热力学几率与各种可能的宏观态的热力学几率的总和相比，此比值几乎或实际上为100%。,4.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。,二、熵,1.概念：物理学中用字母“”表示一个宏观态所对应的微观态数目，用字母S表示熵，则有：S=kIn式中k叫玻尔兹曼常量故熵是系统分子运动无序度的量度。,2.熵增加原理：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小。这是用熵的概念表示的热力学第二定律，故热力学第二定律又叫熵增加原理。,可见，热力学第二定律是一个统
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