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1、10.5 10.5 热力学第二定律的微观解释热力学第二定律的微观解释1.有序和无序有序和无序有序：有序：只要确定了某种规则，符合这个只要确定了某种规则，符合这个规则的规则的 就叫做有序就叫做有序. .无序：无序：不符合某种确定规则的称为无序不符合某种确定规则的称为无序. . 无无序序意意味味着着各各处处都都一一样样，平平均均、没没有有差差别，有序则相反别，有序则相反, ,有序和无序是相对的有序和无序是相对的. .一、有序和无序一、有序和无序 宏观态和微观态宏观态和微观态2.宏观态和微观态宏观态和微观态宏观态：宏观态：符合某种规定、规则的状态，叫做热力符合某种规定、规则的状态，叫做热力学系统的宏
2、观态。学系统的宏观态。微观态：微观态：在宏观状态下，符合另外的规定、规则在宏观状态下，符合另外的规定、规则的状态叫做这个宏观态的微观态的状态叫做这个宏观态的微观态系统的宏观态所对应的微观态的多少表现为宏观系统的宏观态所对应的微观态的多少表现为宏观态无序程度的大小。如果一个态无序程度的大小。如果一个“宏观态宏观态”对应的对应的“微观态微观态”比较多，就说这个比较多，就说这个“宏观态宏观态”是比较是比较无序的无序的. .气体气体真空真空容器左右等体积，左部有气体，右部为真空容器左右等体积，左部有气体，右部为真空. .抽去隔板气体自由膨胀抽去隔板气体自由膨胀 系统宏观态系统宏观态-用分子左、右两部分
3、的分配数目表示用分子左、右两部分的分配数目表示系统微观态系统微观态-用分子处在某一部分的具体情况表示用分子处在某一部分的具体情况表示假定容器中有假定容器中有4个分子的情况，分子是可识别的个分子的情况，分子是可识别的微观态：微观态：二、气体向真空的扩散二、气体向真空的扩散 分布分布（宏观态）（宏观态） 详细分布详细分布（微观态）（微观态）抽出隔板后，抽出隔板后，4个分子在容器中可能的分布如图所示个分子在容器中可能的分布如图所示1641401234564个粒子分布个粒子分布 左左4 右右0 左左3 右右1 左左2 右右2 左左1 右右3 左左0 右右4假设所有的微观状态其出现的可能性是相同的假设所
4、有的微观状态其出现的可能性是相同的4粒子情况，总状态数粒子情况，总状态数16， 左左4右右0 和和 左左0右右4，几率各为，几率各为1/16；左左3右右1和和 左左1右右3 ，几率各为，几率各为1/4； 左左2右右2， 几率为几率为3/8. 容器中有容器中有6个分子，个分子， 在容器中的位置可能分布在容器中的位置可能分布N=1023 ， 微观状态数目用微观状态数目用表示，表示， 则则N/2Nn（左侧粒子数）（左侧粒子数）n一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。向进行。热力学第二定律的微观解释热力学第二定律的微观解释: :1.1.为了
5、研究的方便，玻耳兹曼用一个新的状态函数为了研究的方便，玻耳兹曼用一个新的状态函数熵熵 S S来来表示系统无序性的大小表示系统无序性的大小. .2.2.定义熵与热力学概率之间的关系为：定义熵与热力学概率之间的关系为： S=kln 其中其中k k为玻耳兹曼常量，上式称为玻耳兹曼关系式或玻耳兹为玻耳兹曼常量，上式称为玻耳兹曼关系式或玻耳兹曼熵公式曼熵公式. . 3.3.熵的微观意义：熵的微观意义：系统内分子运动无序性的量度系统内分子运动无序性的量度. .三、熵三、熵用熵用熵 S S 代替热力学概率后，热力学第二定律可以表述为：代替热力学概率后，热力学第二定律可以表述为：在任何自然过程中，一个孤立系统
6、的总不会减小。在任何自然过程中，一个孤立系统的总不会减小。热力学第二定律的这一表述称为热力学第二定律的这一表述称为熵增加原理熵增加原理. .4.4.熵增加原理熵增加原理. . 1关于有序和无序下列说法正确的是关于有序和无序下列说法正确的是()A有序和无序不是绝对的有序和无序不是绝对的B一个一个“宏观态宏观态”可能对应着许多的可能对应着许多的“微观态微观态”C一个一个“宏观态宏观态”对应着唯一的对应着唯一的“微观态微观态”D无序意味着各处一样、平均、没有差别无序意味着各处一样、平均、没有差别有序和无序是相对的有序和无序是相对的无序意味着各处都一样，平无序意味着各处都一样，平均没有差别，有序则相反
7、均没有差别，有序则相反系统的宏观状态对应系统的宏观状态对应的的微观态的多少微观态的多少表现表现为宏观态为宏观态无序程度无序程度的的大小大小，一个，一个“宏观态宏观态”可能对应着可能对应着许多的许多的“微观态微观态”.ABD练一练练一练2.关于热力学第二定律的微观意义，下列说法正确的是关于热力学第二定律的微观意义，下列说法正确的是( )A.大量分子无规则的热运动能够自动转变为有序运动大量分子无规则的热运动能够自动转变为有序运动B.热传递的自然过程是大量分子从有序运动状态向无序运动状热传递的自然过程是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化的过程态转化的过程C.热传递的自然过程是大量分子从无序程度
8、小的运动状态向无热传递的自然过程是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的运动状态转化的过程序程度大的运动状态转化的过程D.一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行分子热运动无序程度小分子热运动无序程度小熵增加原理熵增加原理无序程度大无序程度大CD练一练练一练3.对于孤立体系中发生的实际过程，下列说法中对于孤立体系中发生的实际过程，下列说法中正确的是正确的是( )A.系统的总熵只能增大，不可能减小系统的总熵只能增大，不可能减小B.系统的总熵可能增大，可能不变，还可能减小系统的总熵可能增大，可能不变，还可能减小C.系统逐渐从比较
9、有序的状态向更无序的状态发系统逐渐从比较有序的状态向更无序的状态发展展D.系统逐渐从比较无序的状态向更加有序的状态系统逐渐从比较无序的状态向更加有序的状态发展发展在孤立体系中发生的实际过程，在孤立体系中发生的实际过程，其系统的总熵是增加的其系统的总熵是增加的系统只能是从系统只能是从比较有序比较有序的的状态向状态向更无序更无序的状态发展的状态发展熵增加原理熵增加原理AC4.下面关于热力学第二定律微观意义的说法正确的是下面关于热力学第二定律微观意义的说法正确的是 ()A从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律B一切自然过程总是沿着分子热运动无序性减小的方向进行一切自然过程总是沿着分子热运动无序性减小的方向进行C有的自然过程沿着分子热运动无序性增大的方向进行，有有的自然过程沿着分子热运动无序性增大的方向进行，有 的自然过程沿着分子热运动无序性减小的方向进行的自然过程沿着分子热运动无序性减小的方向进行D在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小一切自然过程总是向着无序性增大一切自然过程总是向着无序性增大(熵增大熵增大)的方向进行的方向进行AD
