热力学第二定律的微观解释

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
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自然过程总是向着 使系统热力学几率 增大的方向进行。
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。
（宏观态） 详细分布 （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 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。 6 即系统最后所达到的平衡态。
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为老太太您担心，您这样慈爱，怎么舍得呢？还是停了它，不要再吃罢！”老太太当时叹道：“我那些儿子媳妇们，只要有你一半上心， 我是样样事情都听他们的了。”就罢了再吃醉瓜的心。此时见，哟，味是那股味儿，玉碗里的瓜，怎么热腾腾的？酒味比夏天当季时还 更浓些，闻起来还是老太太颇爱的长春法酒！这一盘瓜，不是直接送到二太太这边桌上，而是小丫头先端到老太太面前，跪下奉给老太 太看，瓜的上半部，连着蒂儿的一块已经削开了，成了个天然的盖子，奉到老太太面前后，主勺的媳妇上前，把瓜盖也已打开，可以看 到瓜身内不但有微红的熟瓤，还有黄澄澄诱人的糯泥果丁。第六十五章 胜负已分看星芒(3) 媳妇笑吟吟禀报作法：“老太太，这里是 糯米、葛仙米淘净蒸熟，与金糕捣在一道，取蕉脯、橘脯、糖桂花，皆滤去渣滓，熬化于米糕中，加药酒，共置瓜内，蒸熟，问过大夫， 已算不得生冷物色了，老太太可略多用些儿。”嘉颜替老太太舀了一盏，老太太尝了一口，又叫来一盏，推给唐家姑奶奶。唐姑奶奶谢 了，细细品鉴。老太太叫给每人都舀些，又笑道：“省着点！别害他们作东的一桌啃瓜壳子。”掌勺媳妇忙道：“老太太您尽用不妨！ 先前掏出的瓜瓤，还有好多，是放在其他容器里蒸的，卖相不如这个，反正要吃的话，吃起来是一样的。”老太太佩服道：“哟！原来 还有藏下的私。”嘉颜笑着，果然给老太太这桌各人都只舀了一些些，又给大太太那桌分了一圈，去了大半个瓜。剩下那两桌，就用掏 出的瓜瓤分享了。这一道用毕，午宴算是结束。戏台上的戏，还在一折一折往下唱，有爱听的，便坐着听下去，困乏了的，便回屋去歇 歇。老太太回去歇一会儿，去之前对福珞和玉笙都加以赞赏，字面看来未有偏倚，但人难免猜，她心中已有褒贬。没人发现宝音做的手 脚，瓜的上层那药酒，药放得特别重些，对老太太身体也不太好。她如果先让给子孙们，那边无妨，如果竟先自己取用了，那就要受损。 宝音看着，老太太果然自己先用，剩下的才分给子孙。这就怪不得宝音了。生死大仇，这里又报了一小寸。这些都吃毕，宝音吩咐下人 将桌上狼藉杯盏收拾，换过细洁小杯小盏，依然盛落花生、杏梅等小食，备听戏的太太 们取用，又将椅子也换成软躺椅，叫人好没规 没矩歪在上头，听起戏来更闲适。福珞既想得没这么周全、更没心思弄这些了，宝音索性替她那桌一并办了，福珞倒也服气，道：“华 妹妹，这次难得你怎么操办得这样好。”宝音谦道：“珞表姊快别这样说。笙儿只是尸位素餐，无功无过，难得珞姐姐远来是客，万般 不凑手，还能办得这样新美，笙儿才敬仰。”福珞听了她这话，心里舒服得多，可也再生不起争竞之意，叹了口气，着丫环扶回
一切自然过程总是 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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• 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。卡农、乔治· 梅特勒的大爆炸学说也认为，宇宙是 以有序的状态开始，不断地向无序状态发展，它与热力 学第二定律是相符的。热力学第一定律说明能量是守恒 的、不灭的，只能从一种形式转变到另一种形式；热力 学第二定律（熵定律）却表明：能量不可逆转地沿着一 个方向转化，即从对人类来说是可利用的变为不可利用 的状态。 8
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。 4
•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。 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。
热力学第二定律的 微观解释
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•热力学第二定律的微观意义
3.热力学第二定律的统计意义
首先理解有序和无序的概念。 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。 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 2 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）
A B
1
4
6
4 1
3
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 23 10 为 1 2 。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。
• 有效能量告罄时，是“热寂”──死寂的热平衡 状态。 有效物质耗尽时，是一片“物质混乱”──整个 宇宙的大混乱和大混沌。 古罗马诗人贺拉斯说：“时间磨灭了世界的价 值！”可谓一语道破了熵定律的真谛。 物理学家们认为，熵定律是物质世界的最终定 律，人类参与的每一项物质活动都受到热力学 第一、第二定律的严密制约；但是，他们 又认为熵定律只涉及物质世界，只控制时空的 横向世界，人类的精神世界并不受熵定律的专 制统治！ 所以，生命的现象是宇宙洪流中的一股逆流！ 人类精神的无限发展，是不可抗拒的熵增大长 河中的一条逆流之舟！