《熱力學(xué)第二定律的微觀解釋》課件2.

1、熱力學(xué)第二定律的微觀解釋1有序和無序有序：只要確定了某種規(guī)則，符合這個(gè)規(guī)則的就叫做有序。無序：不符合某種確定規(guī)則的稱為無序。無序意味著各處都一樣，平均、沒有差別，冇序則相反。有序和無序是相對(duì)的。2.宏觀態(tài)和微觀態(tài)宏觀態(tài)：符合某種規(guī)定、規(guī)則的狀態(tài)，叫做熱力學(xué)系統(tǒng)的宏觀態(tài)。微觀態(tài)：在宏觀狀態(tài)下，符合另外的規(guī)定、規(guī)則的狀態(tài)叫做這個(gè)宏觀態(tài)的微 觀態(tài)。系統(tǒng)的宏觀態(tài)所對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)的多少表現(xiàn)為宏觀態(tài)無序程悝古小。如果 一個(gè)“宏觀態(tài)”對(duì)應(yīng)的“微觀態(tài)”比較多，就說這名“宏確E是I較 序的，同時(shí)也決定了宏觀過程的方向性從有序週序。尸不.熱力學(xué)第二定律的微觀意義對(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

2、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)。在熱力學(xué)中，序：區(qū)分度。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。下面從統(tǒng)計(jì)觀點(diǎn)探討過程的不可逆性微觀意SG并由此深入認(rèn)識(shí)第二定 律的本質(zhì)。不可逆過程的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)（以氣體自由膨脹為例） 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3熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)意義|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 無規(guī)則運(yùn)動(dòng)。隔板被抽出后，4分子在容器中可能的分布情形如下圖所示:分布（宏觀態(tài)）詳細(xì)分布（微觀態(tài)）AB O O O OO O:O OO OO2）孤立系統(tǒng)有限范圍。對(duì)整個(gè)宇宙不適微觀態(tài)共有24=1

3、6種可能的方式，而且4個(gè)分子全部退回到A部g可育 即幾率為1/24=1/16O一般來說，若有N個(gè)分子，則共D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)N1 023/mol,這些分子全部退回到A部 的兒率為1/2計(jì)”。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。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

4、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 G。在上例中，均勻分布這種宏觀態(tài)，相應(yīng)的微觀態(tài)最多，熱力學(xué)兒率最大，實(shí)際 觀測(cè)到的可能性或幾率最大。對(duì)于1 023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%。所以，實(shí)際觀測(cè)到的總是均勻分布這種宏觀態(tài)。 平衡態(tài)。自熱力學(xué)幾率增大的方向進(jìn) 行。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

5、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，女陵朗運(yùn)動(dòng)。2）孤立系統(tǒng)有限范圍。對(duì)整個(gè)宇宙不適4爛與熾増加原理“嫡”是什么？ “爛”是德國(guó)物理學(xué)家克勞修斯在1850年創(chuàng)造的一個(gè)術(shù) 語，他用嫡來表示任何一種能量在空間分布的均勻程度。能量分布得越均勻, 爛就越大。如果對(duì)于我們所考慮的那個(gè)系統(tǒng)來說，能量完全均勻地分布，那 么這個(gè)系統(tǒng)的爛就達(dá)到最大值。簡(jiǎn)單的說，“精”就是微觀粒子的無序程度、能量差別的消除程度。克勞修斯總結(jié)說，自然界中的一個(gè)普遍規(guī)律是：運(yùn)動(dòng)總是從有序到無 序，能量在克勞修斯看來，在一個(gè)封閉的系統(tǒng)中，運(yùn)動(dòng)總是從有序到無序發(fā)展的。比如，把一塊冰糖放入水中，結(jié)果整杯水都甜了。這就是說，糖分子的運(yùn)動(dòng)擴(kuò)展到了整杯水中，它們的運(yùn)動(dòng)變得更加無序了。對(duì)于一個(gè)封閉的系統(tǒng), 能量差也總是傾向于消除的。比如，有水位差的兩個(gè)水庫(kù)，如果把它們連接 起來，那么，重力就會(huì)使一個(gè)水庫(kù)的水面降低，而使另一個(gè)水庫(kù)的水面升高, 直到兩個(gè)水庫(kù)的水面均等，勢(shì)能取平為止。的差異總是傾向變成均等，也即“爛將隨著時(shí)間而增大”O(jiān)I1平衡態(tài)相應(yīng)于一定宏觀條件FG最大的狀態(tài)。熱力學(xué)第二定律