5.热力学第二定律的微观解释.

1、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。有序和无序是相对的。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。1有序和无序无序意味着各处都一样,平均、没有差别，有序则相反。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下图所示：AB微观态共有2匕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2种可能方式，

2、而N个分子全部退回到A部的几率1/2叫对于真实理想气 体系统N1023/mol,这些分子全部退回到A部的几率 为l/212o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 程原分布 （宏观态）详细分布（微观态）Q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。第二定律的统计表述（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

3、B哪一边，代表 的是系统的任意一个微观态。、左分布4个分子在容器中的分布对应5种（答笔 f宏观态。一种宏观态对应若干种微观态址不同的宏观态对应的微观态数不同。均匀分布对应的微观态数最多。 全部退回血仅对应一种微观态。各种宏观态不是等几率的。那种宏观态包含的微 观态数多，这种宏观态出现的可能性就大。定义热力圣几率：与同一宏观态相应的微观态数称为热力学几率。记为Q。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 宏详细分布（微观态）03-03H3H3IZE观态数多，这种宏观态出现的可能性就大。在一定

4、的宏观条件下，各种可能的宏观态屮哪一种是实际所观测到的？各种宏观态不是等几率的。那种宏观态包含的微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%o所以，实际观测到的总是均匀分布这种宏观态匕/ 即系统最后所达到的平衡态。热力学第二定律的微观意义： 一切自然过程总是沿着无序性增 大直方由进行。I_K平衡态相应于一定宏观条件下 G最大的状态。自然过程总是向着使系统热力学几率增大的方向进行。热力学第二定律的统计表述: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，从热力学几率小的状态向热力学几率大的状态过渡。注意:微观状态数最

5、大的平衡态状态是最混乱、最无序的状态。_切自然过程总是沿着无序性增大的方向进行。 .:4矯与爛增加原理“爛”是什么？ “嫡”是德国物理学家克劳修斯在1850年创造的一个术语，他用恼来表示任何一种能量 在空间分布的均匀程度。能量分布得越均匀，熾就越 大。如果对于我们所考虑的那个系统来说，能量完全 均匀地分布，那么这个系统的熾就达到最大值。简单的说，“恼”就是微观粒子的无序程度、能量 差别的消除程度。在克劳修斯看来，在一个封闭的系统中，运动总是 从有序到无序发展的。比如，把一块冰糖放入水中，结果整杯水都甜了。这 就是说，糖分子的运动扩展到了整杯水中，它们的运 动变得更加无序了。对于一个封闭的系统，

6、能量差也 总是倾向于消除的。比如，有水位差的两个水库，如 果把它们连接起来，那么，重力就会使一个水库的水 面降低，而使另一个水库的水面升高，直到两个水库 的水面均等，势能取平为止。克劳修斯总结说，自然界中的一个普遍规律是：运 动总是从有序到无序，能量的差异总是倾向变成均等, 也即“爛将随着时间而增大”o爛和系统内能一样都是一个状态函数，仅由系统的状态决定。从分子运动论的观点来看，熾是分子热运 动无序（混乱）程度的定量量度。S=KlnQ一个系统的爛是随着系统状态的变化而变化的。在 自然过程中，系统的燔是增加的。在绝热过程或孤立系统中， 熾是增加的， 叫做爛增 加原理。对于其它情况，系统的恼可能增

7、加，也可能 减小。从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律: 一个孤立系统总是从爛小的状态向爛大的状态发展,而熾值较大代表着较为无序，所以自发的宏观过程总 是向无序程度更大的方向发展。1电冰箱能够不断地把热量从温度较低的冰箱内部 传给温度较高的外界空气，这说明了BDA.热量能自发地从低温物体传给高温物体B.在一定条件下，热量可以从低温物体传给高温物 体C.热量的传导过程不具有方向性D.在自发地条件下热量的传导过程具有方向性精与解我们知道，一切自发过程都有方向性，如热传导， 热量总是由高温物体传向低温物体；又如扩散，气体总是由密度大的地方向密度小的地方扩散。如果在外界帮助下气体可以 由密度大

8、的地方向密度小的地方扩散，热量可以从低温物体传向高温物体，电冰箱就是借助外力做功把热量从低温物体一冷 冻食品传向高温物体一周围的大气。所以，在回答热力学过程 的方向问题时，要区分是自发过程还是非自发过程，电冰箱内 热量传递的过程是有外界参与的。本题答案是A错B对C错D对。2个物体在粗糙的平面上滑动，最后停止。系统的爛如何变化?解析：因为物体由于受到摩擦力而停止运动, 其动能变为系统的内能，增加了系统分子无规 则运动的程度，使得无规则运动加强，也就是 系统的无序程度增加了，所以系统的爛增加。3下面关于嫡的说法错误的是BA.爛是物体内分子运动无序程度的量度B.在孤立系统中，一个自发的过程总是向恼减

9、少的方 向进行C.热力学第二定律的微观实质是惦是增加的，因此 热力学第二定律又叫爛增加原理D.熾值越大，代表系统分子运动越无序精与解热力学第二定律提示：一切自然过程总是沿着分子 热运动无序性增大的方向进行的。例如，功转变为热是机械能 或电能转变为内能的过程是大量分子的有序运动向无序运动转 化，气缸内燃气推动活塞做功燃气分子作有序运动，排出气缸 后作越来越无序的运动。物理学中用爛来描述系统大量分子运动的无序性程度。热力 学第二定律用爛可表述为：在任何自然过程中，一个孤立系统 的总爛不会减小，也就是说，一个孤立系统的爛总是从爛小的 状态向爛大的状态发展。反映了一个孤立系统的自然过程会沿 着分子热运

10、动的无序性增大的方向进行。4关于有序和无序下列说法正确的是（ABD）A.有序和无序不是绝对的B.-个“宏观态”可能对应着许多的“微观态刀C.个“宏观态”对应着唯一的“微观态力D.无序意味着各处一样、平均、没有差别5根据热力学第二定律判断，下列说法正确的是（CD）A内能可以自发的转变成机械能B.扩散的过程完全可逆的C.火力发电时，燃烧物质的内能不可以全部转化为 电能D.热量不可能自发的从低温物体传递到高温物体6倒一杯热水，然后加入适当的糖后，糖会全部溶于 水中，但一段时间后又观察到杯底部有糖结晶，关于 这个过程下列叙述正确的是（BD）A.溶解过程是自发的，结晶过程也是自发的，因此热力学第二定律是

11、错误的B.溶解过程是有序向无序转变的过程C.结晶过程是有序向无序转变的过程D.结晶过程不是自发的，因为有外界的影响7下列说法正确的是（AD）A.如果大量分子的集合从A分布进入B分布的概率大于从B分 布进入A分布，则B分布更无序B.如果大量分子的集合从A分布进入B分布的概率大于从B分布 进入A分布，则A分布更无序C.大量分子的集合能自发地从A分布进入B分布，则该过程是 可逆的D.大量分子的集合能自发地从A分布进入B分布，则该过程是 不可逆的8个密闭的容器内有稀薄气体， 在容器上开一个 小口，外部的空气就会流入容器，在气体流入过程中，容器内靠近开口处的空气密度暂时变得比内部大，以下说法正确的是（BCD）A此时容器内气体处于一个不平衡状态，是一个 最无序的状态B.外界的影响破坏了容器内气体的平衡C.上面事实说明热力学第二定律只适用于封闭系 统D对一个开放系统并不一定是最无序的分布9下列说法正确的是（BCD）A热力学第二定律只在一定前提条件下才能成立B.热力学第二定律揭示了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C.能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的 宏观过程具有方向性D.热力学第二定律揭示了有大量分子参与宏观过程 的方向性10.从微观角度看（ACD）A.热力学第二定律是一个统计