高二物理熱力學(xué)第二定律的微觀解釋2

熱力學(xué)第二定律的微觀解釋不可逆過(guò)程的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)（以氣體自由膨脹為例）

下面從統(tǒng)計(jì)觀點(diǎn)探討過(guò)程的不可逆性微觀意義，并由此深入認(rèn)識(shí)第二定律的本質(zhì)。

熱力學(xué)第二定律的微觀意義：一切自然過(guò)程總是沿著無(wú)序性增大的方向進(jìn)行。在熱力學(xué)中，序：區(qū)分度。

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)為它處于有序的狀態(tài)，如果處于平衡態(tài)，我們認(rèn)為它處于無(wú)序的狀態(tài)。首先理解有序和無(wú)序的概念。

一個(gè)被隔板分為A、B相等兩部分的容器，裝有4個(gè)涂以不同顏色分子。3.熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)意義熱力學(xué)第二定律的微觀意義分布（宏觀態(tài)）詳細(xì)分布（微觀態(tài)）14641開(kāi)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)容器內(nèi)無(wú)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：

微觀態(tài)共有24=16種可能的方式，而且4個(gè)分子全部退回到A部的可能性即幾率為1/24=1/16。

一般來(lái)說(shuō)，若有N個(gè)分子，則共2N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)N1023/mol，這些分子全部退回到A部的幾率為。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)生此類事件。

對(duì)單個(gè)分子或少量分子來(lái)說(shuō)，它們擴(kuò)散到B部的過(guò)程原則上是可逆的。

對(duì)大量分子組成的宏觀系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，它們向B部自由膨脹的宏觀過(guò)程實(shí)際上是不可逆的。這就是宏觀過(guò)程的不可逆性在微觀上的統(tǒng)計(jì)解釋。第二定律的統(tǒng)計(jì)表述（依然看前例）4個(gè)分子在容器中的分布對(duì)應(yīng)5種宏觀態(tài)。分布（宏觀態(tài)）詳細(xì)分布（微觀態(tài)）

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哪一邊，代表的是系統(tǒng)的任意一個(gè)微觀態(tài)。一種宏觀態(tài)對(duì)應(yīng)若干種微觀態(tài)。在一定的宏觀條件下，各種可能的宏觀態(tài)中哪一種是實(shí)際所觀測(cè)到的？不同的宏觀態(tài)對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)不同。均勻分布對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)最多。全部退回A邊僅對(duì)應(yīng)一種微觀態(tài)。統(tǒng)計(jì)物理基本假定—等幾率原理：對(duì)于孤立系，各種微觀態(tài)出現(xiàn)的可能性（或幾率）是相等的。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。

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)幾率最大，實(shí)際觀測(cè)到的可能性或幾率最大。

所以，實(shí)際觀測(cè)到的總是均勻分布這種宏觀態(tài)。即系統(tǒng)最后所達(dá)到的平衡態(tài)。

對(duì)于1023個(gè)分子組成的宏觀系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，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%。對(duì)整個(gè)宇宙不適用。如布朗運(yùn)動(dòng)。平衡態(tài)相應(yīng)于一定宏觀條件下最大的狀態(tài)。熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)表述：孤立系統(tǒng)內(nèi)部所發(fā)生的過(guò)程總是從包含微觀態(tài)數(shù)少的宏觀態(tài)向包含微觀態(tài)數(shù)多的宏觀態(tài)過(guò)渡，從熱力學(xué)幾率小的狀態(tài)向熱力學(xué)幾率大的狀態(tài)過(guò)渡。自然過(guò)程總是向著使系統(tǒng)熱力學(xué)幾率增大的方向進(jìn)行。4.熱力學(xué)第二定律的適用范圍注意：微觀狀態(tài)數(shù)最大的平衡態(tài)狀態(tài)是最混亂、最無(wú)序的狀態(tài)。一切自然過(guò)程總是沿著無(wú)序性增大的方向進(jìn)行。1）適用于宏觀過(guò)程對(duì)微觀過(guò)程不適用，2）孤立系統(tǒng)有限范圍?？蓯?ài)的熵物理學(xué)中有個(gè)熵定律，也就是著名的熱力學(xué)第二定律。

“熵”的名稱是由德國(guó)物理學(xué)家道爾夫·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)──不論是有機(jī)的，還是無(wú)機(jī)的生命?？ㄞr(nóng)、喬治·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)第二定律（熵定律）卻表明：能量不可逆轉(zhuǎn)地沿著一個(gè)方向轉(zhuǎn)化，即從對(duì)人類來(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“熱寂”──死寂的熱平衡狀態(tài)。

有效物質(zhì)耗盡時(shí)，是一片“物質(zhì)混亂”──整個(gè)宇宙的大混亂和大混沌。

古羅馬詩(shī)人賀拉斯說(shuō)：“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。

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

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，人類的精神世界并不受熵定律的專制統(tǒng)治！

所以，生命的現(xiàn)象是宇宙洪流中的一股逆流！

人類精神的無(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！

http://www.xml400.onlinelpu35hln了。說(shuō)：“我也不知道，自己也沒(méi)招惹過(guò)誰(shuí)啊?！眾嗵ь^看著天空緩緩開(kāi)口：“他們已經(jīng)找到你了，過(guò)不了多久成群結(jié)隊(duì)的暗部涌向這里，我不是他們的對(duì)手。所以你必須走了?！蹦河甏蛄藗€(gè)冷顫，一臉無(wú)奈說(shuō)：“我也想離開(kāi)啊?！眾嗫粗f(shuō)：“看你那么蠢，我于心不忍，讓我來(lái)拯救你吧?！眾嗬河陙?lái)到瀑布邊，水依然是倒流的，沒(méi)有絲毫改變，只是比起剛才更洶涌，水流更大些。每個(gè)水柱，每幅水簾，沖擊而上，如千萬(wàn)猛獸再向上奔跑。婠青周身青光大作，耀眼至極，亮不刺目，從地下緩緩升入半空之中，全身上下青衣舞動(dòng)?！熬盘旆矇m，以水引之”片刻間，天際烏云頓時(shí)翻涌不止，雷聲轟轟，黑云邊緣不斷有電光閃動(dòng)，在電光強(qiáng)烈照耀之下以如白晝。氣壓沉悶，不禁給人無(wú)比壓抑之感。瀑布的水開(kāi)始像下雨一般一滴一滴漂浮在空中，似雨滴在空氣中靜止一般，暮雨想：牛頓在世會(huì)不會(huì)被氣死呢。晶瑩透明的水柱漂浮在空中珍珠大小，暮雨看見(jiàn)自己映在水滴上，頓覺(jué)神奇。一會(huì)狂風(fēng)大作，所有的水滴匯聚成剛才的巨龜，往前面的樹(shù)林飛去。一路之上，草木磚石，無(wú)不激震飛揚(yáng)，只有當(dāng)中道路，留下深深一道痕跡。婠青拉著暮雨，兩人跟在巨龜后面進(jìn)入山林。這片樹(shù)林似乎有靈性一樣，全都讓開(kāi)一條通道，但見(jiàn)樹(shù)林全是葉子和枝干，根本沒(méi)有見(jiàn)到樹(shù)的身軀和根，無(wú)窮無(wú)盡，一層一層迎面而來(lái)暮雨口干舌燥，心中有些不安。婠青似是看出暮雨心中所想說(shuō)：“這片樹(shù)林其實(shí)是一棵樹(shù)，不過(guò)卻無(wú)窮無(wú)盡，除了我，沒(méi)有妖能進(jìn)入樹(shù)的根部，因?yàn)檫@棵樹(shù)就是我?！辫鴻鍢?shù)說(shuō)完自豪地看著暮雨，似是想要從她的嘴里聽(tīng)到夸獎(jiǎng)的話，可是暮雨什么也沒(méi)有說(shuō)，依舊緊皺著眉頭，不安的樣子。婠青帶著暮雨在空中飛行，水汽不斷地涌向她的臉，又溫又濕，說(shuō)不出來(lái)究竟是舒服，還是難受。不一會(huì)，終于見(jiàn)到了樹(shù)干。暮雨不禁感嘆：“外面那么多枝葉，可看這樹(shù)干似乎與平常的樹(shù)干并沒(méi)有什么兩樣，如果非要找出不同，那就是這棵樹(shù)更加粗壯?！边@棵樹(shù)的樹(shù)干周身布滿苔蘚綠噠噠的，上面還有幾只螞蟻在爬行，這棵樹(shù)五個(gè)成年男子應(yīng)該能夠合抱圍住。婠青笑笑說(shuō)：“可別這么早下結(jié)論啊?！本摭斁乖跇?shù)干前消失不見(jiàn)了。暮雨的嘴巴微微張開(kāi)，婠青和暮雨來(lái)到樹(shù)干前只見(jiàn)一陣白光閃過(guò)，光刺的人睜不開(kāi)眼睛，再次睜眼，卻來(lái)到了另一個(gè)地方。顯現(xiàn)在眼前的是