五、有序、无序和熵.ppt

,第五节有序、无序和熵,江西省瑞昌市第一中学谭向阳,人教版选修1-2第二章,1.知识与能力,知道在涉及热现象的宏观过程中的能量耗散与退化现象,了解熵以及熵增加原理的物理意义,2.过程与方法,能用热力学第二定律和熵增加原理解释现象,了解热力学温度,教学目标,3.情感态度与价值观,能用熵增加原理解释身边一些简单的现象。,培养热爱生活的情趣,热爱生活,研究生活,熵及熵增加原理的物理意义,利用熵增加原理解释一些简单的物理现象,教学重难点,重点,难点,2绝对零度不可能达到,1能量的耗散与退化,3熵增加原理,本节导航,4、有序向无序的转化,热力学第二定律,热力学第二定律常见的两种表述：（1）按热传递的方向性来表述：不可能使热量从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化（克劳修斯表述）（2）按机械能与内能转化过程的方向性来表述：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化（开尔文表述）,问题的提出：热力学第二定律的表述方法是多种多样的，能否找出一个物理量概括所有不可逆过程的共同本质？,自然界中的种种变化，能量的总值虽然不变，但是能量可被利用的价值却是越来越小，即能量的品质在逐渐降级。,开尔文（1824-1907）毕业于剑桥大学,聘为格拉斯哥大学自然哲学教授长达50年，曾任法国科学院院士，英国皇家学会会长,1.能量的耗散与退化,能量是守恒的，但内能不如机械能、电能好用，只能部分用于做功，总有一部分内能散失到低温环境中，因此，内能是一种低品质的能，当其他能量转化为内能时，能量的品质就降低了，散失的内能就不能利用了，“节约能源”就是节约使用高品质的能源，如：机械能、电能、化学能等。,既然能量是守恒的，我们常说的“节约能源”以是什么意思？你能从日常生活中举出一些能量耗散与退化的例子吗？,燃料,热机,机械能,利用价值高的能量,利用价值低的能量,能量的品质“退化”,内能,内燃机能量耗散与退化的示意图,当我们使用地球上的能源时，并不会减少地球上的能量，而是将能量中高度有用的能量形式降低为不大可用的能量形式。,2绝对零度不可能达到,宇宙中存在着温度的下限273.15，以这个下限为起点的温度叫做绝对温度，用T表示，单位是开尔文，符号是K.绝对温度T和摄氏温度t之间的换算关系是T=t+273.15K对大量事实分析表明：不可能通过有限的过程把物体冷却到热力学零度。这个结论称为热力学第三定律.,尽管热力学零度不可能达到，但是只要温度不是绝对零度就有可能降低.因此，热力学第三定律不阻止人们想办法尽可能地接近绝对零度。下表是一些实际温度值。,3.熵增加原理,我们知道，热力学第二定律有许多表述形式，因此我们也可以将它表述为任何孤立的系统，它的总熵永远不会减少。即自然界的一切自发过程，总是朝着熵增加的方向进行的，这个就是熵增加原理。,熵增加原理,孤立系统：与外界没有物质交换、热交换，与外界也没有力的相互作用、电磁作用的系统。排除了外界的影响，强调了过程的自发性。,熵：表示孤立系统内能量的耗散和退化程度。一个系统的熵越大，就越接近平衡状态，就越不易转化。熵字本身就是“转变含量”的意思，常用S表示。,可爱的熵物理学中有个熵定律，也就是著名的热力学第二定律。“熵”的名称是由德国物理学家道尔夫克劳修斯于1868年造出来的，它代表着宇宙中不能再被转化做功的能量的总和的测定单位，即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。熵本身既不是好事，也不是坏事；它意味着腐败和混乱，但它同时也意味着生命本身的展开不论是有机的，还是无机的生命。,4.有序向无序的转化,这张图片是位于日本东北部的气仙沼，上下分别是2011年3月28日和2012年2月23日。,有序向无序的转化,热传递,温度的“不均匀”“均匀”,气体膨胀,气体分子密集程度的“不均匀”“均匀”,“不均匀”有序“均匀”无序,系统自发的过程总是从有序到无序的。,熵是表征系统的无序程度的物理量，熵越大，系统的无序程度越高。,1.能量的消耗与退化将能量中高度有用的能量形式降低为不大可用的能量形式2.绝对零度不能达到热力学第三定律：绝对零度不能达到3.熵增加原理一个系统的熵越大，就越接近平衡状态，就越不易转化4.有序向无序的转化系统自发的过程总是从有序到无序的。,课堂小结,1.其他形式的能转化为内能使得能量品质,课堂练习,降低,2.当我们使用地球上的能源时，并不会减少地球上的能量，而是将能量中降低为。,高度有用的能量形式,不大可用的能量形式,3.绝对零