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1、第七节（含十二节） 熵的物理意义和热力学进展,一、熵是系统紊乱度（无序度）的量度,无序,S低温 S高温,无序,物态与熵：,温度与熵：,演示,演示,一、熵是系统紊乱度（无序度）的量度,压力与熵： S高压 S低压,（高压：较小的空间 低压：较大的空间）, S分离 S混合,无序,无序,排列与熵:,分子构成越复杂，S越大,二、熵与热力学几率,熵与紊乱度相关，紊乱度可用热力学几率表示,1、热力学几率,分布方式,40,31,22,13,04,合计,实现数,1,4,6,4,16,1,数学几率,1,热力学几率：实现某一状态时，可能有的微观状态数。 （实现数）,二、熵与热力学几率,如：,最不均匀分布,最均匀分布
2、,N = 4,热力学几率,数学几率 P,1,1,N = 8,热力学几率,数学几率 P,宏观状态总是表现为几率最大的那些状态，即紊乱度最大的状态。,N=1mol,其它分布 P = 0,均匀分布区域P = 1,数学几率 P,二、熵与热力学几率,N4,N8,N32,N72,二、熵与热力学几率,2玻兹曼（Boltzmann）公式,设熵 S = f (),熵具加和性：S = S1 + S2 = f (1)+ f (2),总几率为各自几率之积： = 1 2,两者相联系的关系式为：,S = kB ln , Boltzmann 公式,( kB = 1.380610 23 JK-1 ),S：宏观量,：微观量,统
3、计热力学的基础公式 是联系经典热力学和统计热力学的桥梁,三、热力学第二定律的适用范围,热力学第二定律可归结为熵增原理： 一切自发过程都向着熵增大的方向进行。,1热力学第二定律适用于有限的宏观系统,(1) 不能描述个别质点的行为。宏观系统是指含有大量质点构成的系统，这才能服从统计规律,(2) 不适用于整个无限的宇宙。,无限的宇宙不能被认为是隔离系统,三、热力学第二定律的适用范围,2热力学第二定律适用于隔离系统,开放系统中，存在稳定的有序态，如生物，从低级高级（更有序）的进化。 对于开放系统中有序结构的熵解释，形成非平衡态热力学。,四非平衡态热力学,1. 非平衡态,系统的定态（不随时间而变的恒定状
4、态）有两种：,隔离系统的定态：系统内部宏观上无能量流，无物质流，为热力学平衡态,开放系统的定态：系统内部宏观上有能量流或物质流，为热力学非平衡态，并由非平衡态维持其定态,如与两热源接触的金属棒，一定时间后，各点温度不变，并由热流维持其定态,生物体维持有序结构，需要有热流和物质流,四非平衡态热力学,生物体 S总熵 S内部S外部,2熵流、熵产生和耗散结构,熵产生S内部：体内的生化反应，血液循环，扩散 0,蛋白质，淀粉，脂肪,无序小分子,熵流S外部： 能交换：如散热,四非平衡态热力学,物交换：如摄入低熵物，排出高熵物,若S总熵 0 最终死亡,耗散结构：需消耗外界能量而维持的有序结构，如活的生物,四非平衡态热力学,3地球的总熵平衡,低熵物,高熵物,请转下一节,
