《浙江省桐鄉(xiāng)市高考物理一輪復(fù)習(xí) 熱力學(xué)第二定律微觀(guān)解釋課件》由會(huì)員分享，可在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)《浙江省桐鄉(xiāng)市高考物理一輪復(fù)習(xí) 熱力學(xué)第二定律微觀(guān)解釋課件（14頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、熱力學(xué)第二定律指出，一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際熱力學(xué)第二定律指出，一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際宏觀(guān)過(guò)程都是不可逆的。在一定條件下，系統(tǒng)有宏觀(guān)過(guò)程都是不可逆的。在一定條件下，系統(tǒng)有從非平衡狀態(tài)過(guò)渡到平衡狀態(tài)的自然傾向，這種從非平衡狀態(tài)過(guò)渡到平衡狀態(tài)的自然傾向，這種傾向總是單向不可逆的。從微觀(guān)上看，過(guò)程的不傾向總是單向不可逆的。從微觀(guān)上看，過(guò)程的不可逆性與系統(tǒng)的大量分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)是分不開(kāi)可逆性與系統(tǒng)的大量分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)是分不開(kāi)的。今以的。今以氣體向真空的自由膨脹氣體向真空的自由膨脹為例，用微觀(guān)的為例，用微觀(guān)的統(tǒng)計(jì)平均方法統(tǒng)計(jì)平均方法 ，從本質(zhì)上說(shuō)明熱力學(xué)第二定律的，從本質(zhì)上說(shuō)明熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)意義。

2、統(tǒng)計(jì)意義。 .有序和無(wú)序有序和無(wú)序 有序：只要確定了某種規(guī)則，符合這個(gè)規(guī)則的有序：只要確定了某種規(guī)則，符合這個(gè)規(guī)則的 就叫做有序。就叫做有序。 無(wú)序：不符合某種確定規(guī)則的稱(chēng)為無(wú)序。無(wú)序：不符合某種確定規(guī)則的稱(chēng)為無(wú)序。 無(wú)序意味著各處都一樣，平均、沒(méi)有差別，有無(wú)序意味著各處都一樣，平均、沒(méi)有差別，有序則相反。有序和無(wú)序是相對(duì)的。序則相反。有序和無(wú)序是相對(duì)的。熱力學(xué)第二定律的微觀(guān)意義熱力學(xué)第二定律的微觀(guān)意義2.宏觀(guān)態(tài)和微觀(guān)態(tài)宏觀(guān)態(tài)和微觀(guān)態(tài)宏觀(guān)態(tài)：符合某種規(guī)定、規(guī)則的狀態(tài)，叫做熱宏觀(guān)態(tài)：符合某種規(guī)定、規(guī)則的狀態(tài)，叫做熱 力學(xué)系統(tǒng)的宏觀(guān)態(tài)。力學(xué)系統(tǒng)的宏觀(guān)態(tài)。微觀(guān)態(tài)：在宏觀(guān)狀態(tài)下，符合另外的規(guī)定、規(guī)微觀(guān)

3、態(tài)：在宏觀(guān)狀態(tài)下，符合另外的規(guī)定、規(guī) 則的狀態(tài)叫做這個(gè)宏觀(guān)態(tài)的微觀(guān)態(tài)則的狀態(tài)叫做這個(gè)宏觀(guān)態(tài)的微觀(guān)態(tài)系統(tǒng)的宏觀(guān)態(tài)所對(duì)應(yīng)的微觀(guān)態(tài)的多少表現(xiàn)為宏系統(tǒng)的宏觀(guān)態(tài)所對(duì)應(yīng)的微觀(guān)態(tài)的多少表現(xiàn)為宏觀(guān)態(tài)無(wú)序程度的大小。如果一個(gè)觀(guān)態(tài)無(wú)序程度的大小。如果一個(gè)“宏觀(guān)態(tài)宏觀(guān)態(tài)”對(duì)對(duì)應(yīng)的應(yīng)的“微觀(guān)態(tài)微觀(guān)態(tài)”比較多，就說(shuō)這個(gè)比較多，就說(shuō)這個(gè)“宏觀(guān)態(tài)宏觀(guān)態(tài)”是比較無(wú)序的，同時(shí)也決定了宏觀(guān)過(guò)程的方向是比較無(wú)序的，同時(shí)也決定了宏觀(guān)過(guò)程的方向性性從有序到無(wú)序從有序到無(wú)序。 熱力學(xué)第二定律的熱力學(xué)第二定律的微觀(guān)意義微觀(guān)意義：一切自然過(guò)程總是沿著一切自然過(guò)程總是沿著無(wú)序性增大的方向進(jìn)行。無(wú)序性增大的方向進(jìn)行。 一個(gè)被隔板分為一個(gè)被隔板分

4、為A A、B B相等兩部分的容器，裝有相等兩部分的容器，裝有4 4個(gè)個(gè)涂以不同顏色分子。涂以不同顏色分子。3.3.熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)意義熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)意義開(kāi)始時(shí)，開(kāi)始時(shí)，4 4個(gè)分子都在個(gè)分子都在A(yíng) A部，抽出隔板后分子將向部，抽出隔板后分子將向B B部擴(kuò)部擴(kuò)散并在整個(gè)容器內(nèi)無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)。隔板被抽出后，散并在整個(gè)容器內(nèi)無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)。隔板被抽出后，4 4分子分子在容器中可能的分布情形如下圖所示：在容器中可能的分布情形如下圖所示：AB 14641AB 分布分布（宏觀(guān)態(tài)）（宏觀(guān)態(tài)）詳細(xì)分布詳細(xì)分布（微觀(guān)態(tài)）（微觀(guān)態(tài)） 微觀(guān)態(tài)共有微觀(guān)態(tài)共有2 24 4=16=16種可能的方式，而且種可能的方式，而

5、且4 4個(gè)分子全個(gè)分子全部退回到部退回到A A部的可能性即幾率為部的可能性即幾率為1/21/24 4=1/16=1/16。 一般來(lái)說(shuō)，若有一般來(lái)說(shuō)，若有N N個(gè)分子，則共個(gè)分子，則共2 2N N種可能方式，而種可能方式，而N N個(gè)分子全部退回到個(gè)分子全部退回到A A部的幾率部的幾率1/21/2N N. .對(duì)于真實(shí)理想氣體對(duì)于真實(shí)理想氣體系統(tǒng)系統(tǒng)N N 10102323/mol/mol，這些分子，這些分子全部退回到全部退回到A A部的幾率部的幾率為為 。此數(shù)值極小，意味著此事件永遠(yuǎn)不會(huì)發(fā)生。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(shuō)，不可能發(fā)生此類(lèi)事件。從任何實(shí)際操作的意義上

6、說(shuō)，不可能發(fā)生此類(lèi)事件。231021 對(duì)單個(gè)分子或少量分子來(lái)說(shuō)，它們擴(kuò)散到對(duì)單個(gè)分子或少量分子來(lái)說(shuō)，它們擴(kuò)散到B B部的過(guò)部的過(guò)程原則上是可逆的。程原則上是可逆的。 對(duì)大量分子組成的宏觀(guān)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，它們向?qū)Υ罅糠肿咏M成的宏觀(guān)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，它們向B B部自由膨部自由膨脹的宏觀(guān)過(guò)程實(shí)際上是不可逆的。這就是宏觀(guān)過(guò)程的不脹的宏觀(guān)過(guò)程實(shí)際上是不可逆的。這就是宏觀(guān)過(guò)程的不可逆性在微觀(guān)上的統(tǒng)計(jì)解釋?？赡嫘栽谖⒂^(guān)上的統(tǒng)計(jì)解釋。第二定律的統(tǒng)計(jì)表述第二定律的統(tǒng)計(jì)表述（依然看前例）（依然看前例） 4 4個(gè)分子在容器中的分布對(duì)應(yīng)個(gè)分子在容器中的分布對(duì)應(yīng)5 5種種宏觀(guān)態(tài)。宏觀(guān)態(tài)。分布分布（宏觀(guān)態(tài)）（宏觀(guān)態(tài)）詳細(xì)分布詳細(xì)分布（

7、微觀(guān)態(tài)）（微觀(guān)態(tài)） 左邊一列的各種分布僅指出左邊一列的各種分布僅指出A A、B B兩邊各有幾個(gè)分子，兩邊各有幾個(gè)分子，代表的是系統(tǒng)可能的宏觀(guān)態(tài)。中間各列是詳細(xì)的分布，代表的是系統(tǒng)可能的宏觀(guān)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)分子各處于具體指明了這個(gè)或那個(gè)分子各處于A(yíng) A或或B B哪一邊，代表哪一邊，代表的是系統(tǒng)的任意一個(gè)微觀(guān)態(tài)。的是系統(tǒng)的任意一個(gè)微觀(guān)態(tài)。一種宏觀(guān)態(tài)對(duì)應(yīng)若干種微觀(guān)態(tài)。一種宏觀(guān)態(tài)對(duì)應(yīng)若干種微觀(guān)態(tài)。不同的宏觀(guān)態(tài)對(duì)應(yīng)的微觀(guān)態(tài)數(shù)不同。不同的宏觀(guān)態(tài)對(duì)應(yīng)的微觀(guān)態(tài)數(shù)不同。均勻分布對(duì)應(yīng)的微觀(guān)態(tài)數(shù)最多。均勻分布對(duì)應(yīng)的微觀(guān)態(tài)數(shù)最多。全部退回全部退回A A邊僅對(duì)應(yīng)一種微觀(guān)態(tài)。邊僅對(duì)應(yīng)一種微觀(guān)

8、態(tài)。第二定律的統(tǒng)計(jì)表述第二定律的統(tǒng)計(jì)表述（依然看前例）（依然看前例）分布分布（宏觀(guān)態(tài)）（宏觀(guān)態(tài)）詳細(xì)分布詳細(xì)分布（微觀(guān)態(tài)（微觀(guān)態(tài)）在一定的宏觀(guān)條件下，各種可能的宏觀(guān)態(tài)中哪一種在一定的宏觀(guān)條件下，各種可能的宏觀(guān)態(tài)中哪一種是實(shí)際所觀(guān)測(cè)到的？是實(shí)際所觀(guān)測(cè)到的？ 實(shí)際看到的宏觀(guān)狀態(tài)是實(shí)際看到的宏觀(guān)狀態(tài)是對(duì)應(yīng)著微觀(guān)態(tài)最多的一種對(duì)應(yīng)著微觀(guān)態(tài)最多的一種有序狀態(tài)對(duì)應(yīng)的微觀(guān)態(tài)的較少，無(wú)有序狀態(tài)對(duì)應(yīng)的微觀(guān)態(tài)的較少，無(wú)序狀態(tài)對(duì)應(yīng)的微觀(guān)態(tài)較多，自發(fā)的序狀態(tài)對(duì)應(yīng)的微觀(guān)態(tài)較多，自發(fā)的過(guò)程總是傾向于出現(xiàn)與較多微觀(guān)態(tài)過(guò)程總是傾向于出現(xiàn)與較多微觀(guān)態(tài)對(duì)應(yīng)的宏觀(guān)態(tài)，對(duì)應(yīng)的宏觀(guān)態(tài)，故：一切自然過(guò)程總是沿著分子熱故：一切自然過(guò)程總是沿

9、著分子熱運(yùn)動(dòng)的無(wú)序性增大的方向進(jìn)行。運(yùn)動(dòng)的無(wú)序性增大的方向進(jìn)行。統(tǒng)計(jì)物理基本假定統(tǒng)計(jì)物理基本假定-等幾率原理：對(duì)于孤立系，各等幾率原理：對(duì)于孤立系，各種微觀(guān)態(tài)出現(xiàn)的可能性（或幾率）是相等的。種微觀(guān)態(tài)出現(xiàn)的可能性（或幾率）是相等的。各種宏觀(guān)態(tài)不是等幾率的。哪種宏觀(guān)態(tài)包含的微觀(guān)各種宏觀(guān)態(tài)不是等幾率的。哪種宏觀(guān)態(tài)包含的微觀(guān)態(tài)數(shù)多，這種宏觀(guān)態(tài)出現(xiàn)的可能性就大。態(tài)數(shù)多，這種宏觀(guān)態(tài)出現(xiàn)的可能性就大。定義定義熱力學(xué)幾率熱力學(xué)幾率：與同一宏觀(guān)態(tài)相應(yīng)的微觀(guān)態(tài)數(shù)稱(chēng)為：與同一宏觀(guān)態(tài)相應(yīng)的微觀(guān)態(tài)數(shù)稱(chēng)為熱力學(xué)幾率。記為熱力學(xué)幾率。記為 。 所以，實(shí)際觀(guān)測(cè)到的總是所以，實(shí)際觀(guān)測(cè)到的總是均勻分布這種宏觀(guān)態(tài)均勻分布這種宏觀(guān)態(tài)

10、。即系統(tǒng)最后所達(dá)到的平衡態(tài)。即系統(tǒng)最后所達(dá)到的平衡態(tài)。 為了便于理論上處理，玻耳茲曼用一個(gè)新為了便于理論上處理，玻耳茲曼用一個(gè)新的狀態(tài)函數(shù)的狀態(tài)函數(shù)熵熵 S來(lái)表示系統(tǒng)無(wú)序性的大小來(lái)表示系統(tǒng)無(wú)序性的大小。定義熵與熱力學(xué)概率之間的關(guān)系為：定義熵與熱力學(xué)概率之間的關(guān)系為： S=kln 其中其中k為玻耳茲曼常量，上式稱(chēng)為玻耳茲為玻耳茲曼常量，上式稱(chēng)為玻耳茲曼關(guān)系式或玻耳茲曼熵公式。曼關(guān)系式或玻耳茲曼熵公式。用熵用熵 S 代替熱力學(xué)概率后，熱力學(xué)第二定律可以代替熱力學(xué)概率后，熱力學(xué)第二定律可以表述為：表述為：在孤立系統(tǒng)中進(jìn)行的自發(fā)過(guò)程總是沿著在孤立系統(tǒng)中進(jìn)行的自發(fā)過(guò)程總是沿著熵增加的方向進(jìn)行，它是不可逆

11、的，平衡態(tài)相應(yīng)熵增加的方向進(jìn)行，它是不可逆的，平衡態(tài)相應(yīng)于熵最大值的狀態(tài)于熵最大值的狀態(tài)。熱力學(xué)第二定律的這一表述。熱力學(xué)第二定律的這一表述稱(chēng)為稱(chēng)為熵增加原理熵增加原理。 “熵熵”的名稱(chēng)是由德國(guó)物理學(xué)家道爾夫的名稱(chēng)是由德國(guó)物理學(xué)家道爾夫克勞修斯于克勞修斯于1868年造出來(lái)的，它代表著宇宙中不能再被轉(zhuǎn)化做功的能量年造出來(lái)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(wú)序，是無(wú)效能量的總和。熵本身既不是好事，也亂和無(wú)序，是無(wú)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

12、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(kāi)命本身的展開(kāi)不論是有機(jī)的，還是無(wú)機(jī)的生命。卡不論是有機(jī)的，還是無(wú)機(jī)的生命?？ㄞr(nóng)、喬治農(nóng)、喬治梅特勒的大爆炸學(xué)說(shuō)也認(rèn)為，宇宙是以有序梅特勒的大爆炸學(xué)說(shuō)也認(rèn)為，宇宙是以有序的狀態(tài)開(kāi)始，不斷地向無(wú)序狀態(tài)發(fā)展，它與熱力學(xué)第二的狀態(tài)開(kāi)始，不斷地向無(wú)序狀態(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(shuō)明能量是守恒的、不定律是相符的。熱力學(xué)第一定律說(shuō)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)方向定律（熵定律）卻表明：能量不可逆轉(zhuǎn)地

13、沿著一個(gè)方向轉(zhuǎn)化，即從對(duì)人類(lèi)來(lái)說(shuō)是可利用的變?yōu)椴豢衫玫臓顟B(tài)。轉(zhuǎn)化，即從對(duì)人類(lèi)來(lái)說(shuō)是可利用的變?yōu)椴豢衫玫臓顟B(tài)。 有效能量告罄時(shí)，是有效能量告罄時(shí)，是“熱寂熱寂”死寂的熱平衡狀態(tài)。死寂的熱平衡狀態(tài)。有效物質(zhì)耗盡時(shí)，是一片有效物質(zhì)耗盡時(shí)，是一片“物質(zhì)混亂物質(zhì)混亂”整個(gè)宇宙整個(gè)宇宙的大混亂和大混沌。的大混亂和大混沌。古羅馬詩(shī)人賀拉斯說(shuō)：古羅馬詩(shī)人賀拉斯說(shuō)：“時(shí)間磨滅了世界的價(jià)值！時(shí)間磨滅了世界的價(jià)值！”可謂一語(yǔ)道破了熵定律的真諦。可謂一語(yǔ)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，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(lèi)參與的每一項(xiàng)物質(zhì)活動(dòng)都受到熱力學(xué)第一、第人類(lèi)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(lèi)的精神世界并不受熵定律的專(zhuān)制統(tǒng)治！世界，人類(lèi)的精神世界并不受熵定律的專(zhuān)制統(tǒng)治！所以，生命的現(xiàn)象是宇宙洪流中的一股逆流！所以，生命的現(xiàn)象是宇宙洪流中的一股逆流！人類(lèi)精神的無(wú)限發(fā)展，是不可抗拒的熵增大長(zhǎng)河中人類(lèi)精神的無(wú)限發(fā)展，是不可抗拒的熵增大長(zhǎng)河中的一條逆流之舟！的一條逆流之舟！