《有序、无序和熵》课件2
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《熵与熵增加原理》课件
熵与信息的关系
熵与信息之间也存在一定的关系。在信息论中，熵被定义为系统不确定性的度量，即系统状态的不确 定性越大，熵就越大。
在通信过程中，信息传递的过程实际上就是熵传递的过程。通过传递信息，可以降低系统的不确定性 ，即降低系统的熵值。
05
CHAPTER
熵在现代科技中的应用
熵在能源领域的应用
能源转换与利用
02
CHAPTER
熵增加原理
熵增加原理的表述
熵增加原理是热力学第二定律的核心内 容，它表述为：在一个封闭系统中，总 熵（即系统熵与环境熵的和）总是增加 的，即自然发生的反应总是向着熵增加
的方向进行。
熵是一个描述系统混乱程度或无序度的 物理量，其值越大，系统的混乱程度或
无序度越高。
在封闭系统中，如果没有外力干预，系 统总是会自发地向着熵增加的方向演化 ，即向着更加混乱或无序的状态演化。
此外，熵增加原理还可以帮助我们理 解信息论和热力学的基本概念，以及 它们在物理学、化学和生物学等领域 的应用。
03
CHAPTER
熵与热力学第二定律
热力学第二定律的表述
热力学第二定律指出，在封闭系统中 ，自发过程总是向着熵增加的方向进 行，即系统的熵永不自发减少。
这一定律揭示了热力学的自然规律， 是热力学理论体系的重要组成部分。
熵增加原理的证明
熵增加原理可以通过热力学的基本定律来证明，特别是第二定律 。
第二定律指出，对于封闭系统，热量总是自发地从高温向低温传 递，而不是自发地从低温向高温传递。这是由于热量在传递过程 中总是伴随着熵的增加，即无序度的增加。
通过分析热力学过程，可以证明在封闭系统中，系统的熵总是自 发地增加，从而证明了熵增加原理。
第二章五、有序、无序和熵
第二章五、有序、无序和熵自然界一切涉及热现象的宏观过程都是不可逆的，每一种宏观过程的不可逆性，都可以用来作为热力学第二定律的一种表述，所以热力学第二定律的表述方法是多种多样的。
那么，能不能概括所有不可逆过程的共同本质，找出一个普遍的物理量作为共同的标准，判断各种不可逆过程的进行方向呢？能量的耗散与退化1852年，W．汤姆孙指出，在自然界发生的种种变化中，能量的总值虽然保持不变（守恒），但是能量可被利用的价值却越来越小，或者说能量的品质在逐步降级。
这就是能量的耗散与退化。
对于人类来说，内能不如机械能、电能好用，它只能部分地用于做功，总有一部分内能要散发到温度较低的环境中。
可见，内能是一种低品质的能，其他形式的能量通过摩擦、碰撞、燃烧等过程转换成内能，能量的品质就降低了。
由于宏观过程的不可逆性，一个系统的内能一旦增加，这个系统就永远无法依靠自身的作用（自发地）回到原先的状态，除非系统靠外界的帮助；而“外界的帮助”将更多地消耗其他形式的能量，产生出更多的内能来。
当我们使用地球上的能源时，并不会减少地球上的能量，而是将能源中高度有用的能量形式降低为不大可用的能量形式。
例如，开汽车时要消耗汽油，把汽油中的化学能转变成内能，而汽车排气管排出的废气带走的内能就不能利用了。
思考与讨论既然能量是守恒的，我们常说的“节约能源”又是什么意思？你能从日常生活中举出一些能量耗散与退化的例子吗？绝对零度不可达到我们在初中学过，宇宙中存在着温度的下限：-273.15℃。
热力学温度，即绝对温度，就是以这个温度下限为起点的。
热力学温度用丁表示，单位是开尔文（kelvin），符号是K。
热力学温度T与摄氏温度t（单位是℃）之间的换算关系是T=t+273.15 K1下表是我们已经知道的一些温度值。
一些实际的温度值1在表示温度的差值时．K与℃的意义相同，因此分别以K和℃为单位的物理量可以相加减。
着科学技术的发展，人们可以获得越来越低的温度。
《熵熵增加原理》课件
2
热力学工程中的熵增加
在热力学工程中，为了实现能量的转化和传递，必须控制系统中的熵增加。
3
信息论中的熵增加
信息论中的熵可以理解为信息的不确定性，信息的传递和处理都是基于熵增加原 理。
结论和展望
熵增加原理的重要性
熵增加原理是自然界普遍存 在的规律，对于理解和解释 各种物理、生物和信息现象 都具有重要意义。
《熵熵增加原理》PPT课 件
# 熵熵增加原理PPT课件
熵的概念和基本原理
熵的定义
熵是用来衡量系统无序程度 的物理量。在热力学中，熵 代表了一个系统的混乱程度。
熵的基本概念
熵增加体现了系统的无序性 增加。当一个系统发生变化 时，其熵通常会增加。
热力学第二定律
熵增加原理是热力学第二定 律的基础，它说明了自然界 中的不可逆过程。
熵增加原理的物理意义
熵增加的概率性解释
熵增加原理可以通过概率来解释，无序的状态比有 序的状态更可能发生。
宏观和微观角度下的解释
从宏观角度看，熵增加意味着能量的传递和转化； 从微观角度看，熵增加代表了粒子的运动和碰撞。
熵增加原理的应用
1
生物体和生态系统中的熵增加
生物体和生态系统都遵循熵增加原理，不断与环境交换能量和物质，维持自身的 较高有熵增加原理的应用前景广阔， 涵盖了热力学、生物学、信 息论等多个学科领域。
熵增加原理的发展和研 究方向
未来的研究方向包括探索更 深入的解释和应用，以及开 发新的熵增加理论和方法。
参考文献
1 《热力学》
2 《信息论与编码》
3 《生物学概论》
第五节有序、无序和熵 物理教学课件
第二章 能量的守恒与耗散
第五节有序、无序和熵
目标导航
1.知道什么是能量的耗散与退化. 2.知道热力学第三定律的绝对零度不可能达 到. 3.知道什么是有序和无序，什么是宏观态与 微观态. 4.知道热力学第二定律的微观意义.
新知初探自学导引
一、能量的耗散与退化 在自然界发生的种种价值却越 来越小，或者说能量的_品__质_在逐步降级，这就 是能量的耗散与退化．
图2－5－2
【精讲精析】 由大量分子组成的系统自发变 化时，总是朝着无序程度增加的方向发展，至 少无序程度不会减少．也就是说，任何一个系 统自发变化时，系统的熵要么增加，要么不变， 但不会减少．质量相同、温度相同的水，可以 自发地由固态向液态、气态液化，所以气态时 的熵最大，其次是液态，固态时熵最小．
对能量的耗散与退化的理解：
1.在利用能源的实际过程中，由于摩擦、体 积形变、系统向外界放出热量等因素，会有 部分能量最终以热能的形式转移出去．宏观 过程的不可逆性，导致这些能量无法重新收 集而被利用，从而造成能量的永久性损失， 这就是能量耗散．可见，能量耗散与能量退 化的宏观过程具有方向性、不可逆性．
C．各种形式的能量向内能的转化，是能够 自动全额发生的 D．能量耗散导致能量品质的降低 答案：BCD
对有序、无序和熵的理解
1.有序和无序 确定某种规则，符合这个规则的分布是有序 的，不符合这个规则和要求的分布就是无序 的． 有序意味着各处都一样、均衡、没有差别； 而无序则是相反．
2.宏观态和微观态
2.能量耗散过程中，包括环境在内的整个系 统总能量仍是守恒的，但可利用的能量在减 少，造成能量的“贬值”．任何利用能源的过 程都必然导致这种能量“贬值”，即退化．因 此我们要节约能源．
例1 能源利用的过程实质上是( ) A．能量的消失过程 B．能量的创造过程 C．能量的转化和转移过程 D．能量的转化、传递并且逐渐消失的过程
第五节有序、无序和熵
目标导航
1.知道什么是能量的耗散与退化. 2.知道热力学第三定律的绝对零度不可能达 到. 3.知道什么是有序和无序，什么是宏观态与 微观态. 4.知道热力学第二定律的微观意义.
新知初探自学导引
一、能量的耗散与退化 在自然界发生的种种价值却越 来越小，或者说能量的_品__质_在逐步降级，这就 是能量的耗散与退化．
图2－5－2
【精讲精析】 由大量分子组成的系统自发变 化时，总是朝着无序程度增加的方向发展，至 少无序程度不会减少．也就是说，任何一个系 统自发变化时，系统的熵要么增加，要么不变， 但不会减少．质量相同、温度相同的水，可以 自发地由固态向液态、气态液化，所以气态时 的熵最大，其次是液态，固态时熵最小．
对能量的耗散与退化的理解：
1.在利用能源的实际过程中，由于摩擦、体 积形变、系统向外界放出热量等因素，会有 部分能量最终以热能的形式转移出去．宏观 过程的不可逆性，导致这些能量无法重新收 集而被利用，从而造成能量的永久性损失， 这就是能量耗散．可见，能量耗散与能量退 化的宏观过程具有方向性、不可逆性．
C．各种形式的能量向内能的转化，是能够 自动全额发生的 D．能量耗散导致能量品质的降低 答案：BCD
对有序、无序和熵的理解
1.有序和无序 确定某种规则，符合这个规则的分布是有序 的，不符合这个规则和要求的分布就是无序 的． 有序意味着各处都一样、均衡、没有差别； 而无序则是相反．
2.宏观态和微观态
2.能量耗散过程中，包括环境在内的整个系 统总能量仍是守恒的，但可利用的能量在减 少，造成能量的“贬值”．任何利用能源的过 程都必然导致这种能量“贬值”，即退化．因 此我们要节约能源．
例1 能源利用的过程实质上是( ) A．能量的消失过程 B．能量的创造过程 C．能量的转化和转移过程 D．能量的转化、传递并且逐渐消失的过程
《无序与有序》课件
《无序与有序》ppt课件
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
• 无序的概念 • 有序的概念 • 无序与有序的相互关系 • 无序与有序的应用 • 总结
目录
CONTENTS
01
无序的概念
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
无序的定义
生活中的无序与有序
总结词
日常生活中的无序与有序，揭示了人类生活的多样性和复杂性。
详细描述
在日常生活中，无序和有序也是普遍存在的。例如，在组织管理中，良好的组织结构和流程可以保证 工作的有序进行，而混乱的管理则会导致无序的状态。此外，在个人生活中，健康的生活习惯和有规 律的作息可以保证生活的有序进行，而无规律的生活则会导致身体和心理的无序状态。
05
总结
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
对无序与有序理解
01
总结无序与有序的概念
无序是指混乱、无规则的状态，有序则是指有组织、有规则、有结构的
状态。
02 03
阐述无序与有序的相互转化
无序和有序并不是绝对的对立关系，它们在一定条件下可以相互转化。 例如，在物质世界中，无序的分子可以自组织形成有序的结构，如晶体 。
自然现象
在自然现象中，无序和有序的转化非常普遍。例如，在气候变化中，由于熵增 原理，地球气候从有序（如四季）逐渐转化为无序（如全球变暖）。
无序与有序的共存
共存状态
在某些情况下，无序和有序可以共存。例如，在自组织系统中，无序和有序可以 相互依存、相互促进。无序提供多样性和创造性，而有序则提供结构和稳定性。
高熵值
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
• 无序的概念 • 有序的概念 • 无序与有序的相互关系 • 无序与有序的应用 • 总结
目录
CONTENTS
01
无序的概念
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
无序的定义
生活中的无序与有序
总结词
日常生活中的无序与有序，揭示了人类生活的多样性和复杂性。
详细描述
在日常生活中，无序和有序也是普遍存在的。例如，在组织管理中，良好的组织结构和流程可以保证 工作的有序进行，而混乱的管理则会导致无序的状态。此外，在个人生活中，健康的生活习惯和有规 律的作息可以保证生活的有序进行，而无规律的生活则会导致身体和心理的无序状态。
05
总结
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
对无序与有序理解
01
总结无序与有序的概念
无序是指混乱、无规则的状态，有序则是指有组织、有规则、有结构的
状态。
02 03
阐述无序与有序的相互转化
无序和有序并不是绝对的对立关系，它们在一定条件下可以相互转化。 例如，在物质世界中，无序的分子可以自组织形成有序的结构，如晶体 。
自然现象
在自然现象中，无序和有序的转化非常普遍。例如，在气候变化中，由于熵增 原理，地球气候从有序（如四季）逐渐转化为无序（如全球变暖）。
无序与有序的共存
共存状态
在某些情况下，无序和有序可以共存。例如，在自组织系统中，无序和有序可以 相互依存、相互促进。无序提供多样性和创造性，而有序则提供结构和稳定性。
高熵值
有序，无序和熵
有序，无序和熵肉体不能决定灵魂去思维，灵魂也不能决定肉体去运动、静止或从事其他活动。
——斯宾诺莎《伦理学》第三部分，命题254. 从模型得出的一个值得注意的一般结论让我引用第46节最后的一句话，在那句话里，我试图说明的是，根据基因的分子图来看，“微型密码同一个高度复杂而特定的发育计划有着一对一的对应关系，并包含着使密码发生作用的手段”，这至少是可以想象的。
这很好，那么它又是如何做到这一点的呢？我们又如何从“可以想象的”变为真正的了解呢？德尔勃留克的分子模型，在它整个概论中似乎并未暗示遗传物质是如何起作用的。
说实话，我并不指望在不久的将来，物理学会对这个问题提供任何详细的信息。
不过，我确信，在生理学和遗传学指导下的生物化学，正在推进这个问题的研究，并将继续进行下去。
根据上述对遗传物质结构的一般描述，还不能显示出关于遗传机制的功能的详细信息。
这是显而易见的。
但是，十分奇怪的是，恰恰是从它那里得出了一个一般性的结论，而且我承认，这是我写这本书的唯一动机。
从德尔勃留克的遗传物质的概述中可以看到，生命物质在服从迄今为止已确定的“物理学定律”的同时，可能还涉及到至今还不了解的“物理学的其他定律”，这些定律一旦被揭示出来，将跟以前的定律一样，成为这门科学的一个组成部分。
55. 秩序基础上的有序这是一条相当微妙的思路，不止在一个方面引起了误解。
本书剩下的篇幅就是要澄清这些误解。
在以下的考虑中，可以看到一种粗糙的但不完全是错误的初步意见：我们所知道的物理学定律全是统计学定律，这在第一章里已作了说明。
这些定律同事物走向无序状态的自然倾向是大有关系的。
但是，要使遗传物质的高度持久性同它的微小体积协调一致，我们必须通过一种“虚构的分子”来避免无序的倾向。
事实上，这是一种很大的分子，是高度分化的秩序的杰作，是受到了量子论的魔法保护的。
机遇的法则并没有因这种“虚构”而失效，不过，它们的结果是修改了。
物理学家很熟悉这样的事实，即物理学的经典定律已经被量子论修改了，特别是低温情况下。
人教版 选修12 高二物理 第二章 有序、无序和熵 课件完美版
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！
4.有序向无序的转化
有序向无序的转化
热传递 气体膨胀
温度的“不均匀”→ “均 匀” 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。
物理意义
1.两种表述是等价的 可以从一种表述导出另一种表述，两
种表述都称为热力学第二定律
2.热力学第二定律使人们认识到,自然界中 进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向 性。它揭示了大量分子参与的宏观过程的 方向性，是成为独立于热力学第一定律的 一个重要的自然规律。
第二章 能量的守恒与耗散
5.有序、无序和熵
奥斯特瓦尔德则表述为：第二类永动机 不可能制造成功。
那么热力学第二定 律到底是描述什么物理 现象的呢？下面让我们 来认识一下它
定义
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）
人教版 选修1 2 高二物理 第二章 有序、无序和熵 课件完美版
解：（1）热泵供给室内的热流量
供暖系数 • ' Q T 9.6 P T T0
•
Q 0.65(t t0 ) 19.5KW
所需最小功率
•
•
W
Q
'
2.03KW
人教版 选修1 2 高二物理 第二章 有序、无序和熵 课件完美版
人教版 选修1 2 高二物理 第二章 有序、无序和熵 课件完美版
4.有序向无序的转化
有序向无序的转化
热传递 气体膨胀
温度的“不均匀”→ “均 匀” 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。
物理意义
1.两种表述是等价的 可以从一种表述导出另一种表述，两
种表述都称为热力学第二定律
2.热力学第二定律使人们认识到,自然界中 进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向 性。它揭示了大量分子参与的宏观过程的 方向性，是成为独立于热力学第一定律的 一个重要的自然规律。
第二章 能量的守恒与耗散
5.有序、无序和熵
奥斯特瓦尔德则表述为：第二类永动机 不可能制造成功。
那么热力学第二定 律到底是描述什么物理 现象的呢？下面让我们 来认识一下它
定义
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）
人教版 选修1 2 高二物理 第二章 有序、无序和熵 课件完美版
解：（1）热泵供给室内的热流量
供暖系数 • ' Q T 9.6 P T T0
•
Q 0.65(t t0 ) 19.5KW
所需最小功率
•
•
W
Q
'
2.03KW
人教版 选修1 2 高二物理 第二章 有序、无序和熵 课件完美版
人教版 选修1 2 高二物理 第二章 有序、无序和熵 课件完美版
有序、无序和熵PPT课件
时 作
探
业
究 一种无序的运动．机械运动向热运动的转化，属于从有序向
无序的转化，会导致熵的增加，符合热力学的规律，因此机
械能可以全部转换化为内能．
菜单
新课标 ·物理 选修1-2
课
当
前
堂
自 主
反之，热运动向机械运动的转化，属于从无序向有序的
双 基
导
达
学 转化，即从高熵向低熵转化，不符合熵增加原理，因此内能 标
3．探究交流 内能与机械能的转化具有方向性，能用熵的变化解释
课 吗？
当
前
堂
自
【提示】 机械运动是宏观情况下物体在空间位置上的 双
主
基
导 学
变化，物体运动状态的变化完全遵循牛顿运动定律所反映的
达 标
课 堂
因果关系，这是一种有序的运动．热运动是大量分子的无规
课
互 动
则运动，系统的一个宏观状态包含着大量的微观状态，这是
课
当
前
堂
自 主
引入熵之后，关于自然过程的方向性就可以表述为：在
双 基
导
达
学 任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小，这就是用 标
课
堂 熵的概念表示热力学第二定律．为此，不少人把热力学第二 课
互
时
动 探
定律叫做熵增加原理．
作 业
究
菜单
新课标 ·物理 选修1-2
关于热力学第二定律的微观意义，下列说法正
课 堂
不可能全部转化为机械能而不引起其他变化．
课
互
时
动
作
探
业
究
菜单
新课标 ·物理 选修1-2
热力学第二定律的微观解释和熵增加
有序、无序和熵课件PPT
知识梳理
HISHI SHULI
重难聚焦
HONGNAN JVJIAO
D S 典例透析 IANLI TOUXI
随堂演练
UITANGYANLIAN
一二
一、熵与熵增加原理的理解 “熵”是什么?“熵”是德国物理学家克劳修斯创造的一个术语,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。简单地说,“熵”就是微 观粒子的无序程度、能量差别的消除程度。
氏温度t之间的换算关系是T=t+273.15 K。 3.热力学第三定律 对大量事实的研究分析表明,不可能通过有限的过程把物体冷却
到绝对零度。
-4-
五、有序、无序和熵
M Z Z 目标导航 UBIAODAOHANG
知识梳理
HISHI SHULI
重难聚焦
HONGNAN JVJIAO
D S 典例透析 IANLI TOUXI
点拨:根据熵增加原理,自然界的一切自发的过程总是朝着熵增 加的方向进行,而熵是描述系统无序程度的物理量。熵越大,无序 程度越高,所以,熵的增加就意味着系统无序程度的增加,即从有序 向无序的方向转化。
解析:例如:燃料的燃烧、气体的扩散、破镜不能复原、覆水难 收、一切生命体从生到亡等都是从有序变为无序的例子。
随堂演练
UITANGYANLIAN
一二
二、热力学温度的认识 热力学温度单位是开尔文,简称开,符号是K。开尔文是为了纪念
英国物理学家Lord Kelvin而命名的。 规定热力学温度的单位开(K)与摄氏温度的单位摄氏度(℃)完全
相同。1 K=1 ℃。在表示温度差或温度间隔时,用K和用℃的数值 相同。
人教版选修1-2高二物理第二章有序、无序和熵教学(40张)-PPT优秀课件
人教版 选修1 - 2 高二物理 第二章 2 . 5 有序、无序和熵 教学课件( 共4 0 张P P T )
课堂练习
1.其他形式的能转化为内能是 能量品质降低
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 高度有用的能量形式 降低 为 不大可用的能量形式 。
3.绝对零度指的是 －273.15℃ ，实验室能 否达到这个温度？ 不能
T=t+273.15K
对大量事实分析表明：热力学零度不可达 到。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。
3. 熵增加原理
名词解释
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
•
Q 0.65(t t0 ) 19.5KW
所需最小功率
•
•
W
Q
'
2.03KW
人教版 选修1 - 2 高二物理 第二章 2 . 5 有序、无序和熵 教学课件( 共4 0 张P P T )
人教版 选修1 - 2 高二物理 第二章 2 . 5 有序、无序和熵 教学课件( 共4 0 张P P T )
课堂小结
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，就越不已 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。
人教版 选修1 - 2 高二物理 第二章 2 . 5 有序、无序和熵 教学课件( 共4 0 张P P T )
人教版高一物理课件-有序、无序和熵
随堂演练
UITANGYANLIAN
一二
二、熱力學溫度的認識 熱力學溫度單位是開爾文,簡稱開,符號是K。開爾文是為了紀念
英國物理學家Lord Kelvin而命名的。 規定熱力學溫度的單位開(K)與攝氏溫度的單位攝氏度(℃)完全
相同。1 K=1 ℃。在表示溫度差或溫度間隔時,用K和用℃的數值 相同。
特別提醒攝氏溫度的1 ℃的分格與熱力學溫度的1 K的分格是等 價的,攝氏溫度升高10 ℃與熱力學溫度升高10 K是一回事,但不能 說升高了283 K。
知识梳理
HISHI SHULI
重难聚焦
HONGNAN JVJIAO
D S 典例透析 IANLI TOUXI
随堂演练
UITANGYANLIAN
一二
一、熵與熵增加原理的理解 “熵”是什麼?“熵”是德國物理學家克勞修斯創造的一個術語,他用
熵來表示任何一種能量在空間分佈的均勻程度。能量分佈得越均 勻,熵就越大。如果對於我們所考慮的那個系統來說,能量完全均 勻地分佈,那麼這個系統的熵就達到最大值。簡單地說,“熵”就是微 觀粒子的無序程度、能量差別的消除程度。
②就一個分度來說,1 ℃和1 K相等,即ΔT=Δt。 ③對於同一個溫度來說,用不同的溫標表示,數值不同,這是因為
零值選取不同。
-13-
五、有序、无序和熵
M Z Z 目标导航 UBIAODAOHANG
知识梳理
HISHI SHULI
重难聚焦
HONGNAN JVJIAO
D S 典例透析 IANLI TOUXI
生活中的熵增加原理
【例題2】 一個物體在粗糙的平面上滑動,最後停止。系統的熵 如何變化?
點撥:本題考查的是對熵增加原理的理解和應用。 解析:因為物體由於受到摩擦力而停止運動,其動能變為系統的 內能,增加了系統分子無規則運動的程度,使得無規則運動加強,也 就是系統的無序程度增加了,所以系統的熵增加了。 答案:見解析 題後反思機械能轉化為內能,電能轉化為內能,一切能量最終的 歸宿都是內能,而這些內能不可再回收,因此使自然界的熵增加。
熵——简介.ppt
• ②、如果一个星体与周围已形成温度坡度，这温 度坡度是由星体引力大小和星体物质的分子量决 定的，当外界施给热量的影响时，引力将始终维 持一定的温度坡度，即引力在一段高度内温度差 是恒定的。都具有云集太空中热量的功能，实现 了热量的回流，所以宇宙永远不会出现热寂。
进化论
• 社会进化的结果是种类不断分化、演 变而增多，结构不断复杂而有序，功 能不断进化而强化，整个自然界和人 类社会都是向着更为高级、更为有序 的组织结构发展。
谢谢！
• 在整个宇宙当中，当一种物质转化成另外 一种物质之后，不仅不可逆转物质形态， 而且会有越来越多的能量变得不可利用。
• 大量人类制造的化工产品、能源产品一经 使用，不可能再变成有利的东西，宇宙本 身在物质的增殖中走向“热寂”，走向一 种缓慢的熵值不断增加的死亡。
退化史观
• 随着人类社会信息化的不断发展，原 先高度区域化的社会政治，文化，艺 术开始慢慢融合。原先中央集权的皇 权统治，变为高度人权象征的议会制 。各地的艺术文化趋向统一，逐渐被 “波普”文化取代。
• 通俗讲，热寂达到绝对零度（-273.15摄氏 度），此时所有分子都已停止运动，这样 的宇宙中再也没有任何可以维持运动或是 生命的能量存在。
然而—— 负熵
“热寂”终结
• 不论宇宙是膨胀、收缩或静态，宇宙都不会进入 热寂。
• 星体引力在引力方向存在温度坡度，可发生两种 情形：
• ①、如果一个星系原是热均衡态，温度处处相等 ，在星体引力作用下，热量将向引力中心转移， 使引力中心温度很高，而外围温度很低；
• 负熵增加
耗散结构论
• 开放系统在远离平衡态并存在“负熵 流”时，可能形成一种稳定的自组织 结构，能够使系统的各要素之间产生 协调动作和相干效应，使系统从杂乱 无章变为井然有序。
进化论
• 社会进化的结果是种类不断分化、演 变而增多，结构不断复杂而有序，功 能不断进化而强化，整个自然界和人 类社会都是向着更为高级、更为有序 的组织结构发展。
谢谢！
• 在整个宇宙当中，当一种物质转化成另外 一种物质之后，不仅不可逆转物质形态， 而且会有越来越多的能量变得不可利用。
• 大量人类制造的化工产品、能源产品一经 使用，不可能再变成有利的东西，宇宙本 身在物质的增殖中走向“热寂”，走向一 种缓慢的熵值不断增加的死亡。
退化史观
• 随着人类社会信息化的不断发展，原 先高度区域化的社会政治，文化，艺 术开始慢慢融合。原先中央集权的皇 权统治，变为高度人权象征的议会制 。各地的艺术文化趋向统一，逐渐被 “波普”文化取代。
• 通俗讲，热寂达到绝对零度（-273.15摄氏 度），此时所有分子都已停止运动，这样 的宇宙中再也没有任何可以维持运动或是 生命的能量存在。
然而—— 负熵
“热寂”终结
• 不论宇宙是膨胀、收缩或静态，宇宙都不会进入 热寂。
• 星体引力在引力方向存在温度坡度，可发生两种 情形：
• ①、如果一个星系原是热均衡态，温度处处相等 ，在星体引力作用下，热量将向引力中心转移， 使引力中心温度很高，而外围温度很低；
• 负熵增加
耗散结构论
• 开放系统在远离平衡态并存在“负熵 流”时，可能形成一种稳定的自组织 结构，能够使系统的各要素之间产生 协调动作和相干效应，使系统从杂乱 无章变为井然有序。
《有序与无序》 讲义
《有序与无序》讲义在我们的生活中，“有序”和“无序”这两个概念无处不在，它们影响着我们的思考方式、行为模式以及对世界的认知。
那么，究竟什么是有序，什么又是无序呢？有序，简单来说，就是事物呈现出一种有规律、有组织、可预测的状态。
比如，图书馆里的书籍按照分类整齐地排列在书架上，这就是一种有序的表现；学校里的课程表安排得有条不紊，让学生和老师都能清楚地知道每天的学习和教学任务，这也是有序。
再看我们的社会，法律法规的存在保障了社会的正常运转，交通规则使得道路上的车辆和行人有序通行，这些都是有序的体现。
相反，无序则意味着缺乏规律、组织混乱、难以预测。
一个杂乱无章的房间，东西随意堆放，找不到想要的物品，这就是无序；一场没有计划的旅行，可能会遇到各种意外和麻烦，这也是无序的结果。
在自然界中，火山喷发、地震等自然灾害的发生往往具有很强的随机性和不可预测性，这可以被视为一种无序的现象。
有序和无序并不是绝对对立的，它们在一定条件下可以相互转化。
比如，一个原本有序的系统，如果受到外部干扰或者内部因素的影响，可能会逐渐变得无序。
想象一个运转良好的工厂，突然遭遇原材料短缺、设备故障或者工人罢工等问题，生产流程就会被打乱，变得无序起来。
而无序的状态在一定的条件下也可以转化为有序。
比如，一堆混乱的拼图碎片，通过我们的耐心整理和拼接，最终可以形成一幅完整有序的图案。
在科学研究中，科学家们常常面对大量看似无序的数据和现象，但通过不断地分析和探索，能够找到其中的规律，从而使无序变得有序。
有序的好处是显而易见的。
它能够提高效率，节省时间和资源。
在一个有序的工作环境中，人们能够迅速找到所需的物品和信息，从而更快地完成任务。
有序还能带来安全感和稳定性。
当我们知道事情会按照一定的规律和流程进行时，心里会感到踏实，减少焦虑和不确定性。
然而，无序也并非一无是处。
有时候，适度的无序能够激发创新和创造力。
在艺术创作中，打破常规、摆脱束缚的无序思维可能会带来意想不到的灵感和独特的作品。
2.5有序、无序和熵 优秀课件(人教物理选修1-2)
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。
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
1851年，开尔文又提出：不可能从单一 热源取热，使之完全变为有用功而不产生其 他影响；或不可能用无生命的机器把物质的 任何部分冷至比周围最低温度还低，从而获 得机械功。这就是热力学第二定律的“开尔 文表述”。
导入新课
前面我们已经学习了热 力学第二定律，下面让我们 来复习一下。
热力学第二定律的发展史
1850年，克劳修斯在卡诺的基础上统一了 能量守恒和转化定律与卡诺原理，指出：一个 自动运作的机器，不可能把热从低温物体移到 高温物体而不发生任何变化，这就是热力学第 二定律。
克劳修斯（1822-的物理意义
难点
利用熵增加原理解释一些简单的物理现象
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1﹑能量的耗散与退化 2﹑绝对零度不可能达到 3﹑熵增加原理 4、有序向无序的转化
1.能量的耗散与退化
引入
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
奥斯特瓦尔德则表述为：第二类永动机 不可能制造成功。
那么热力学第二定
律到底是描述什么物理 现象的呢？下面让我们 来认识一下它
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第二章
能量的守恒与耗散
但是，宏观的观察并不能区分图 2－5－1 甲和 乙的两个微观态，我们只能说这两种情况下左 右两室中分子的数量密度是一样的，因此，我 们说，图甲和图乙属于同一个宏观态；而图丙 和图丁，尽管从微观上看具体分子的位置并不 一样，是不同的微观态，但它们还是属于同一 个宏观态，都是“左 1 右 3”．
而无序则是相反．
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第二章
能量的守恒与耗散
2.宏观态和微观态
规定了某种规则，我们就规定了一个“宏观 态”，这个“宏观态”可能包含一种或几种“微 观态”，不同的“宏观态”对应的“微观态”的 个数不同．如果一个“宏观态”对应的“微观 态”比较多，我们就说这个“宏观态”是比较 无序的．
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第二章
)
D．能量的转化、传递并且逐渐消失的过程
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第二章
能量的守恒与耗散
【精讲精析】 能源利用的过程是做功或热传 递的过程，前者是能量的转化，后者则是能量 的转移，总之向着耗散退化的方向发展，不再 是便于我们利用的能量．
【答案】 C
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第二章
能量的守恒与耗散
变式训练
1.下列关于能量耗散的说法正确的是( )
在自然界发生的种种变化中，能量的总值虽然 保持不变(守恒)，但是能量可被利用的价值却越 来越小，或者说能量的____ 品质在逐步降级，这就 是能量的耗散与退化．
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第二章
能量的守恒与耗散
想一想
1．使用电炉时，电能转化为内能，这个系
统能否依靠自身的作用(自发地)回到原来的
状态？ 提示：不能．除非依靠系统外界的“帮助”， 才可能将内能再转化为电能．
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第二章
能量的守恒与耗散
例2 如图2－5－2所示，质量相同、温度
相同的水，分别处于固态、液态和气态三种
状态下，它们的熵的大小有什么关系？为什 么？
图2－5－2
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第二章
能量的守恒与耗散
A．能量耗散使能的总量减少，违背了能量 守恒定律 B．能量耗散是指散失在环境中的内能再也 不能被人类利用
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第二章
能量的守恒与耗散
C．各种形式的能量向内能的转化，是能够
自动全额发生的 D．能量耗散导致能量品质的降低 答案：BCD
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第二章
能量的守恒与耗散
对有序、无序和熵的理解
1.有序和无序 确定某种规则，符合这个规则的分布是有序 的，不符合这个规则和要求的分布就是无序 的． 有序意味着各处都一样、均衡、没有差别；
第二章
能量的守恒与耗散
三、熵增加原理 1.熵表示孤立系统内能量的耗散 ____和退化 ____的程度， 熵越大，系统就越接近平衡状态 ________，越是不易转 化． 减小；或 2.任何孤立系统，它的总熵永远不会____ 者说，自然界的一切自发过程，总是朝着熵 增加 ____的方向进行的．
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第二章
能量的守恒与耗散
二、绝对零度不可达到 1.热力学第三定律： 不可能通过有限的过程把物 绝对零度． 体冷却到________ 2.热力学温度 T 的单位是开尔文 ______，符号为___ K ， t＋273.15 K 与摄氏度 t 的换算关系：T＝______________ ．
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图2－5－1
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第二章
能量的守恒与耗散
撤去挡板后四个分子都可以处于箱中任何位 置，就像队列解散后的学生一样．如果细致地 区分哪个分子在哪侧，这样的一个一个的状态 就是不同的微观态．例如， “A、B 在左室， C、D 在右室”与“A、C 在左室，B、D 在右 室”，就是两个不同的微观态．当然“A 在左 室，B、C、D 在右室”也是与前面两个不同的 微观态．
化的宏观过程具有方向性、不可逆性．
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第二章
能量的守恒与耗散
2.能量耗散过程中，包括环境在内的整个系
统总能量仍是守恒的，但可利用的能量在减 少，造成能量的“贬值”．任何利用能源的过 程都必然导致这种能量“贬值”，即退化．因 此我们要节约能源．
栏目 导引
第二章
能量的守恒与耗散
例1 能源利用的过程实质上是( A．能量的消失过程 B．能量的创造过程 C．能量的转化和转移过程
止．系统的熵如何变化？
提示：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，所以系统的熵增加了．
栏目 导引
第二章
能量的守恒与耗散
要点探究讲练互动
能量的耗散与退化
我们没有办法把流散的内能重新收集起来加以 利用，这种现象叫做能量的耗散与退化．能量 的耗散与退化是从能量转化的角度反映出自然
第二章
能量的守恒与耗散
第五节 有序、无序和熵
第二章
能量的守恒与耗散
目标导航
1.知道什么是能量的耗散与退化. 2.知道热力学第三定律的绝对零度不可能达
到.
3.知道什么是有序和无序，什么是宏观态与
微观态.
4.知道热力学第二定律的微观意义.
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第二章
能量的守恒与耗散
新知初探自学导引
一、能量的耗散与退化
能量的守恒与耗散
我们以气体向真空的扩散为例来认识宏观态
和微观态． 一个箱子被挡板分为左、右两室，左室有气 体，右室为真空．撤去挡板后气体要由左向 右扩散．我们从分子热运动的角度分析这个 过程的方向性．为了简单，假定气体只由A 、B、C、D共四个分子组成．
栏目 导引
第二章
能量的守恒与耗散
甲、乙、丙、丁是四个不同的微观态，但甲、 乙属于同一个宏观态，丙、丁属于另一个宏观 态．
第二章
能量的守恒与耗散
四、有序向无序的转化
有序变为____ 系统自发的过程总是从____ 无序的．系 小的状态变为熵比较__ 统总是从熵比较__ 大的状
无序程度的 态．由此可见，熵是表征系统的________
物理量，熵越大，系统的无序程度越___ 高．
栏目 导引
第二章
能量的守恒与耗散
想一想
2．一个物体在粗糙的平面上滑动，最后停
界中的宏观过程具有的方向性．
栏目 导引
第二章
能量的守恒与耗散
对能量的耗散与退化的理解：
1.在利用能源的实际过程中，由于摩擦、体
积形变、系统向外界放出热量等因素，会有
部分能量最终以热能的形式转移出去．宏观 过程的不可逆性，导致这些能量无法重新收 集而被利用，从ห้องสมุดไป่ตู้造成能量的永久性损失， 这就是能量耗散．可见，能量耗散与能量退