高二物理熱力學(xué)第二定律

1、1,熱力學(xué)第二定律的微觀解釋,2,不可逆過程的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)（以氣體自由膨脹為例）,下面從統(tǒng)計(jì)觀點(diǎn)探討過程的不可逆性微觀意義，并由此深入認(rèn)識(shí)第二定律的本質(zhì)。,熱力學(xué)第二定律的微觀意義：一切自然過程總是沿著無序性增大的方向進(jìn)行。,在熱力學(xué)中，序：區(qū)分度。,對(duì)于一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)，如果處于非平衡態(tài)，我們認(rèn)為它處于有序的狀態(tài)，如果處于平衡態(tài)，我們認(rèn)為它處于無序的狀態(tài)。,首先理解有序和無序的概念。,一個(gè)被隔板分為A、B相等兩部分的容器，裝有4個(gè)涂以不同顏色分子。,3.熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)意義,熱力學(xué)第二定律的微觀意義,3,開始時(shí)，4個(gè)分子都在A部，抽出隔板后分子將向B部擴(kuò)散并在整個(gè)容器內(nèi)無規(guī)則運(yùn)動(dòng)。隔板被抽出后

2、，4分子在容器中可能的分布情形如下圖所示：,4,微觀態(tài)共有24=16種可能的方式，而且4個(gè)分子全部退回到A部的可能性即幾率為1/24=1/16。,一般來說，若有N個(gè)分子，則共2N種可能方式，而N個(gè)分子全部退回到A部的幾率1/2N.對(duì)于真實(shí)理想氣體系統(tǒng)N1023/mol，這些分子全部退回到A部的幾率為 。此數(shù)值極小，意味著此事件永遠(yuǎn)不會(huì)發(fā)生。從任何實(shí)際操作的意義上說，不可能發(fā)生此類事件。,對(duì)單個(gè)分子或少量分子來說，它們擴(kuò)散到B部的過程原則上是可逆的。,對(duì)大量分子組成的宏觀系統(tǒng)來說，它們向B部自由膨脹的宏觀過程實(shí)際上是不可逆的。這就是宏觀過程的不可逆性在微觀上的統(tǒng)計(jì)解釋。,5,第二定律的統(tǒng)計(jì)表述（

3、依然看前例）,4個(gè)分子在容器中的分布對(duì)應(yīng)5種宏觀態(tài)。,左邊一列的各種分布僅指出A、B兩邊各有幾個(gè)分子，代表的是系統(tǒng)可能的宏觀態(tài)。中間各列是詳細(xì)的分布，具體指明了這個(gè)或那個(gè)分子各處于A或B哪一邊，代表的是系統(tǒng)的任意一個(gè)微觀態(tài)。,一種宏觀態(tài)對(duì)應(yīng)若干種微觀態(tài)。,不同的宏觀態(tài)對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)不同。,均勻分布對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)最多。 全部退回A邊僅對(duì)應(yīng)一種微觀態(tài)。,6,統(tǒng)計(jì)物理基本假定等幾率原理：對(duì)于孤立系，各種微觀態(tài)出現(xiàn)的可能性（或幾率）是相等的。,各種宏觀態(tài)不是等幾率的。那種宏觀態(tài)包含的微觀態(tài)數(shù)多，這種宏觀態(tài)出現(xiàn)的可能性就大。,定義熱力學(xué)幾率：與同一宏觀態(tài)相應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)稱為熱力學(xué)幾率。記為 。,在上例中，

4、均勻分布這種宏觀態(tài)，相應(yīng)的微觀態(tài)最多，熱力學(xué)幾率最大，實(shí)際觀測(cè)到的可能性或幾率最大。,所以，實(shí)際觀測(cè)到的總是均勻分布這種宏觀態(tài)。即系統(tǒng)最后所達(dá)到的平衡態(tài)。,對(duì)于1023個(gè)分子組成的宏觀系統(tǒng)來說，均勻分布這種宏觀態(tài)的熱力學(xué)幾率與各種可能的宏觀態(tài)的熱力學(xué)幾率的總和相比，此比值幾乎或?qū)嶋H上為100%。,7,對(duì)整個(gè)宇宙不適用。,如布朗運(yùn)動(dòng)。,平衡態(tài)相應(yīng)于一定宏觀條件下 最大的狀態(tài)。,熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)表述：孤立系統(tǒng)內(nèi)部所發(fā)生的過程總是從包含微觀態(tài)數(shù)少的宏觀態(tài)向包含微觀態(tài)數(shù)多的宏觀態(tài)過渡，從熱力學(xué)幾率小的狀態(tài)向熱力學(xué)幾率大的狀態(tài)過渡。,自然過程總是向著使系統(tǒng)熱力學(xué)幾率增大的方向進(jìn)行。,4.熱力學(xué)第二定

5、律的適用范圍,注意：微觀狀態(tài)數(shù)最大的平衡態(tài)狀態(tài)是最混亂、最無序的狀態(tài)。,一切自然過程總是沿著無序性增大的方向進(jìn)行。,1）適用于宏觀過程對(duì)微觀過程不適用，,2）孤立系統(tǒng)有限范圍。,8,可愛的熵 物理學(xué)中有個(gè)熵定律，也就是著名的熱力學(xué)第二定律。 “熵”的名稱是由德國物理學(xué)家道爾夫克勞修斯于1868年造出來的，它代表著宇宙中不能再被轉(zhuǎn)化做功的能量的總和的測(cè)定單位，即熵的增加表示宇宙物質(zhì)的日益混亂和無序，是無效能量的總和。熵本身既不是好事，也不是壞事；它意味著腐敗和混亂，但它同時(shí)也意味著生命本身的展開不論是有機(jī)的，還是無機(jī)的生命?？ㄞr(nóng)、喬治梅特勒的大爆炸學(xué)說也認(rèn)為，宇宙是以有序的狀態(tài)開始，不斷地向無序

6、狀態(tài)發(fā)展，它與熱力學(xué)第二定律是相符的。熱力學(xué)第一定律說明能量是守恒的、不滅的，只能從一種形式轉(zhuǎn)變到另一種形式；熱力學(xué)第二定律（熵定律）卻表明：能量不可逆轉(zhuǎn)地沿著一個(gè)方向轉(zhuǎn)化，即從對(duì)人類來說是可利用的變?yōu)椴豢衫玫臓顟B(tài)。,9,有效能量告罄時(shí)，是“熱寂”死寂的熱平衡狀態(tài)。 有效物質(zhì)耗盡時(shí)，是一片“物質(zhì)混亂”整個(gè)宇宙的大混亂和大混沌。 古羅馬詩人賀拉斯說：“時(shí)間磨滅了世界的價(jià)值！”可謂一語道破了熵定律的真諦。 物理學(xué)家們認(rèn)為，熵定律是物質(zhì)世界的最終定律，人類參與的每一項(xiàng)物質(zhì)活動(dòng)都受到熱力學(xué)第一、第二定律的嚴(yán)密制約；但是，他們 又認(rèn)為熵定律只涉及物質(zhì)世界，只控制時(shí)空的橫向世界，人類的精神世界并不受熵定

7、律的專制統(tǒng)治！ 所以，生命的現(xiàn)象是宇宙洪流中的一股逆流！ 人類精神的無限發(fā)展，是不可抗拒的熵增大長河中的一條逆流之舟！,； 彩盒廠家 福晉，他是壹點(diǎn)兒招兒也沒有。明明千叮嚀萬囑咐，切不可貪涼，可是淑清貪涼的習(xí)慣就是改不過來。前些日子好不容易有咯起色，結(jié)果壹各冰盞又引得病情再次發(fā)作，氣得王爺當(dāng)著張?zhí)t(yī)的面，臉色就陰沉咯下來。張?zhí)t(yī)前天剛到怡然居給年側(cè)福晉出咯診，今天再次來到李側(cè)福晉的煙雨園，眼前這陣勢(shì)，真是與前天不可同日而語。不但王爺親自坐陣，蘇大總管還在院子里候著，屋子里更是有三各丫環(huán)、兩各嬤嬤小心地伺候著。張?zhí)t(yī)開咯藥方子，也知道王爺正在氣頭上，沒敢再留醫(yī)囑，因?yàn)獒t(yī)囑還是那幾句話，不但李側(cè)福

8、晉，就是王爺也早就爛熟于心咯?，F(xiàn)在假如他再重復(fù)壹遍，怕是要惹得王爺當(dāng)場(chǎng)就發(fā)作。不過張?zhí)t(yī)也知道，王爺這是愛之深、痛之切，對(duì)于年側(cè)福晉，王爺連看都不去看壹眼，當(dāng)然也不會(huì)有啥啊怒氣咯。淑清也知道這回闖咯大禍，特別是爺那鐵青的臉色，更是弄得她忐忑不安，因此待張?zhí)t(yī)剛壹走，趕快給爺承認(rèn)錯(cuò)誤：“爺，妾身知錯(cuò)咯，您就別再生氣咯?！币娛缜逡几崩婊◣в甑哪樱m然他也是恨鐵不成鋼，但還是強(qiáng)壓著心頭的氣，語重心長地說道：“你都這么大人咯，怎么還跟孩子似的！張大人叮囑過多少次咯，不能貪涼，不能貪涼，你怎么就不能忍壹忍？等病好咯，你吃啥啊不行！非逞壹時(shí)口舌之快！”“爺，妾身知錯(cuò)咯，您就行行好吧，別再責(zé)罵咯。妾身本來

9、身子就不舒服，您再這么責(zé)罵，妾身的病就怕是更要好不咯咯！”“你倒還有理咯？爺居然還有錯(cuò)處咯？”“不是，不是，妾身的意思是說，您要是少責(zé)罵妾身幾句，妾身這病癥就好得快壹些。”“爺看你倒是應(yīng)該少貪嘴才對(duì)！你要是再這么不知輕重，明兒也別去園子咯，好好在府里養(yǎng)病吧?！薄鞍?？爺，您是說，明天咱們?nèi)@子？這是真的？”“你這么病著，怎么去？”“妾身的病都好咯，都好咯！爺，這是真的嗎？咱們真的是要去園子咯？”“嗯，福晉在安排，她想盡快”“居然是趁妾身生病的時(shí)候，福晉當(dāng)然是想盡快咯。”“你呀，你好好把身子養(yǎng)好咯，不比啥啊都強(qiáng)？你若是沒病沒災(zāi)的，福晉就是今天過去，又有何妨？”“這回都有誰去？”“全都去，除咯年氏。”“都去?。俊薄霸趺?？不滿意？”“沒有，妾身只是覺得”“你也別覺得咯，前些日子大家都很辛苦，爺很感激大家。就你壹各人既沒上心，也沒有出力，你還有意