热力学第二定律的微观解释ppt(新人教版)PPT优选课件

在绝热过程或孤立系统中，熵是增加的，叫做熵增 加原理。对于其它情况，系统的熵可能增加，也可能 减小。
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。
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•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，
•不可逆过程的统计性质（以气体自由膨胀为例）
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。
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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：
分布
详细分布
（宏观态） （微观态）
AB
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“熵将随着时间而增大”。
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熵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，熵是分子热运 动无序(混乱)程度的定量量度。
S=KlnΩ
一个系统的熵是随着系统状态的变化而变化的。在 自然过程中，系统的熵是增加的。
简单的说，“熵”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。
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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，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。
在一定的宏观条件下，各种可能的宏 观态中哪一种是实际所观测到的？
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统计物理基本假定—等几率原理：对于孤立系，各种 微观态出现的可能性（或几率）是相等的。
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。
定义热力学几率：与同一宏观态相应的微观态数称为
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。
系统的宏观态所对应的微观态的多少表现为宏观态无
序程度的大小。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，同时也
决202定0/10/了18 宏观过程的方向性——从有序到无序。
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3.热力学第二定律的统计意义
注意：微观状态数最 大的平衡态状态是最 混乱、最无序的状态。
一切自然来自百度文库程总是 沿着无序性增大的 方向进行。
1）适用于宏观过程对微观过程不适用， 如布朗运动。
2）孤立系统有限范围。 对整个宇宙不适用。
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4.熵与熵增加原理
“熵”是什么？“熵”是德国物理学家克劳修斯在 1850年创造的一个术语，他用熵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，熵就越 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，那么这个系统的熵就达到最大值。
•热力学第二定律的微观意义
对于一个热力学系统，如果处于非平衡态，我们 认为它处于有序的状态，如果处于平衡态，我们认为 它处于无序的状态。
在热力学中，序：区分度。
热力学第二定律的微观意义：一切自然过程总是沿着 无序性增大的方向进行。
下面从统计观点探讨过程的不可逆性微观意义，并 由此深入认识第二定律的本质。
高中物理新人教版 选修３- ３系列课件
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第十章《热力学定律 》
10.5《热力学第二定律 的微观解释》
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教学目标
• 知识与技能 • 1.了解有序和无序，宏观态和微观态的概念。 • 2.了解热力学第二定律的微观意义。 • 3.了解熵的概念，知道熵是反映系统无序程度的物理量。 • 4.知道随着条件的变化，熵是变化的。 • 过程与方法 • １.学会通过现象总结规律的科学方法 • 2.知道熵的概念，知道任何自然过程中一个孤立系统的总
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平衡态相应于一定宏观 条件下 最大的状态。
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。
4.热力学第二定律的适用范围
自然过程总是向着 使系统热力学几率 增大的方向进行。
热力学几率。记为 。
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%。
所以，实际观测到的总是均匀分布这种宏观态。
即系统最后所达到的平衡态。
熵不会减少
• 情感态度和价值观 • 培养分析、归纳、综合能力
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1.有序和无序
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。
无序意味着各处都一样，平均、没有差别，有序则相反。
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
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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 1 2102。3 此数值极小，意味着此事件永远不会发生。
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。 分布 4个分子在容器中的分布对应5种 （宏观态）
详细分布 （微观态）
宏观态。一种宏观态对应若干种微观态。
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A边仅对应一种微观态。