热力学第二定律的微观解释课件.pptx

1、讲解人：xxxx 时间：2020.5.25第第5节节 热力学第二定律的微观解释热力学第二定律的微观解释 第十章 热力学定律人 教 版 高 中 物 理 选 修 3-3热量不能自发地从低温物体传到高温物体。-克劳修斯表述不可能从单一热库吸收热量，使之完全变为功，而不产生其他影响。-开尔文表、自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。热力学第二定律热力学定律是以宏观事实为基础的，它告诉我们热学现象，热学过程遵悟什么规律。但是，通过前面几章的学习我们已经知道，系统的宏观表现于组成系统的激观粒子的统计规律。新课导入无序有序新课导入1、有序：只要确定了某种规则，符合这个规则的就叫做有序。2、无序：不

2、符合某种确定规则的称为无序。有序和无序是相对的以他们为标准，后面的那些是无序的一、有序和无序 宏观态和微观态3、宏观态：指符合某种规定、规则的宏观状态。4、微观态：在规定的宏观态下，所有可能的不同的（微观的）详细分布状态，叫做这种宏观态的微观态。如果规定扑克牌的花样顺序（左红右黑）和号码顺序（从小到大）宏观态1具体的排列：微观态只有一种一、有序和无序 宏观态和微观态 如果规定扑克牌的花样顺序（左红右黑）和号码顺序（不做要求）宏观态2具体的排列：微观态一种宏观态对多种微观态。一、有序和无序 宏观态和微观态 如果规定里扑克牌的花样顺序（不做要求）和号码顺序（不做要求）宏观态3具体的排列：微观态一种

3、宏观态对个更多种微观态。一、有序和无序 宏观态和微观态宏观态1红黑+序号宏观态2 红黑宏观态3任意1、比较3种宏观态（排列方式）的有序程度。2、观察宏观态的有序程度与什么有关？无序有什么特点？3、哪种宏观态更容易实现？一、有序和无序 宏观态和微观态无序意味着各处都一样，平均没有差别。宏观过程的方向性从有序到无序。宏观态对应的微观态数量多显得无序。宏观态对应的微观态数量少显得有序。一、有序和无序 宏观态和微观态左右左右为了简单、假定气体只由A、B、C、D共4个分子组成。箱子被挡板分为左、右两室，左室有气体，右室为真空。去挡板后每个分子都可以处于箱中任何位置，就像队列解散后的学生一样。CB DA二

4、、气体向真空的扩散CBDAADBCABCDADBCABCD解散微观态1微观态2微观态3微观态4宏观态1左二右二分子密度一样宏观态2左一右三分子密度异样二、气体向真空的扩散对于A、B、C、D这4个分子来说，“左右各有2个分子”的微观状态有多少个?左室有1个分子，右室有3个分子”的微观状态有多少个?可以画周图把几种情表示出来，然后进行就计，如果数学课中学过了、“排列与组合，计算会简单些。分布（宏观态）详细分布（微观态）1种种ABCDABCDABDCBACDBCDA4种种ABCDBCADBDACABCDACBDADBC6种种ABCDBACDCABDDABC4种种ABCD1种种二、气体向真空的扩散分布

5、情况（宏分布情况（宏观态）观态）左左0右右4左左1右右3左左2右右2左左4右右0详细分布（微观态）1461图像从表中看出，“左2右2”这种达到平衡态，宏观上看来均匀分布的情况所对应的微观态的个数最多。平衡态状态是最混乱、最无序的状态。“左0右4”“左4右0”这种重新聚集到一边的，极端不均匀的宏观态所对应的微观态的个数很少。左右二、气体向真空的扩散因此，撤去挡板后实际上我们只能观察到气体向真空扩散，而不可能观察到气体分子重新聚集在一室的现象。按照我们前面的说法，“左2右2”是一种更为无序的状态。这与我们日常的感觉一致，即无序指一种“平均”“各处都一样”“没有差别”。气体向真空的自由膨胀是不可逆的

6、。是微观态增加的过程有序无序概率较大的宏观态左右左右二、气体向真空的扩散一种岂止千万种更容易有达到，随便一推就是咯。一切自发的过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行。热力学第二定律的微观意义：热力学第二定律的微观意义：二、气体向真空的扩散 请从微观角度解释 热量自发地从高温物体传到低温物体。无序意味着各处都一样，平均、没有差别。一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性増大的方向进行。所以最后他们的温度是相同的。二、气体向真空的扩散1877年，玻耳兹曼提出了熵S与的关系Sln普朗克定义了熵S=K ln熵越高，系统越无序，熵越低，系统越有序。1、熵是系统混乱（无序）程度的大小，2、热力学第二定律

7、（熵增加原理）：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小。三、熵熵告诉我们：把事情搞得乱糟糟的方式要比把事情做得整整齐齐的方式多得多。也容易得多。要让操场上的一群学生按班级、按身高，或按任何规则来站队都是比较麻烦的:每个学生都要寻找自已的位置。但是要让已经站好队的学生解散，那就非常简单:每个学生随便朝一个方向跑去，队形就乱了。三、熵从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律：一个孤立系统总是从小的状态向熵大的状态发展，而熵值较大代表着较为无序，所以自发的宏观过程总是向无序度更大的方向发展。三、熵目前，“熵”这个词的应用十分广泛，已经超出了物理学的范畴，深入到信息科学、生命科学和社会科学中

8、，在这些场合，有些用法是熵本来意义的延伸，有些只是用做“无序程度”的代名词，描述过程发展的方向。访问一个有搜索功能的网站，键入“熵”，看看人们是怎样使用这个名词的。做一做 在冷热王国里，人们在两个方向上进行着执善的探。一方面，人们向高温进军，希望能制造和控制越来越高的温度。去实现受控热核反应和模拟字宙生初期的情景，在另一个方向上，人们努力向绝对零度近，希望据示低温世界的极密。什么是绝对零度?我们在初中学过，宇宙中存在着温度的下限，-273.15。热力学温度是以这个下限为起点的，用T表示。而一273.15也就叫做热力学零度或绝对零度，即T0K 在低温领城里，物质呈现出超导、超流等许多断奇的特性，

9、为新材料研制、磁悬浮、直流输电以及生物技术等高科技拓展了广阔的发展空间。向绝对零度逼近科学漫步1、一个封闭的方盒内有两个隔板，把方金隔成了三个小房间，每个小房间内有2个球，球上各有一个字，小房间内球上的字恰好组成图10.5-2所示的三个词(从左向右念)。摇动球在小房间内的左右位置可以变换。(1)图中6个球同时排列成这三个词的概率是多少?(2)取去其中一个隔板，摇动方盒，6个球能同时排列成这三个词的概率又是多少?(3)把两个隔板全部取去，摇动方盒，6个球能同时排列成这三个词的概率又是多少?(4)在这个封闭的方盒内，取消隔板让小球充分地运动，其无序性是増大了是减小了?(1)概率 11112228p

10、(2)概率 441121()2248pA(3)概率 33661120ApA解：解：(4)无序性增大了问题与练习解答2、成语“覆水难收”指的是盆水出泼出去后是不可能再回到盆中的，请从不同宏观态所对应的微观态数目不同这个角度，解释为什么水不会自发地聚到盆中。由于盆的形状确定，水在盆中所处的宏观态对应的微观态数目少，较为有序，当把水泼出后，它的形状不受盆的限制，各种可能的形状都有，此时所处宏观态对应的微观态数目将变得非常多，较为无序，因为自发的过程总是从有序转化为无序，所以水不会自发地聚到盆中。解：解：问题与练习解答一、有序和无序 宏观态和微观态1、有序：只要确定了某种规则，符合这个规则的就叫做有序

11、。2、无序：不符合某种确定规则的称为无序。有序和无序是相对的3、宏观态：指符合某种规定、规则的宏观状态。4、微观态：在规定的宏观态下，所有可能的不同的（微观的）详细分布状态，叫做这种宏观态的微观态。6、无序意味着各处都一样，平均没有差别。宏观过程的方向性从有序到无序。5、宏观态对应的微观态数量多显得无序。宏观态对应的微观态数量少显得有序。二、气体向真空的扩散1、达到平衡态，宏观上看来均匀分布的情况所对应的微观态的个数最多。平衡态状态是最混乱、最无序的状态。课堂小结2、撤去挡板后实际上我们只能观察到气体向真空扩散，而不可能观察到气体分子重新聚集在一室的现象。按照我们前面的说法，“左2右2”是一种更为无序的状态。这与我们日常的感觉一致，即无序指一种“平均”“各处都一样”“没有差别”。3、热力学第二定律的微观意义：一切自发的过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行。三、熵熵越高，系统越无序，熵越低，系统越有序。1、熵是系统混乱（无序）程度的大小，2、热力学第二定律（熵增加原理）：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小。3、熵告诉我们：把事情搞得乱糟糟的方式要比把事情做得整整齐齐的方式多得多。也容易得多。课堂小结讲解人：xxxx 时间：2020.5.25感 谢 各 位 的 聆 听感 谢 各 位 的 聆 听第十章 热力学定律人 教 版 高 中 物 理 选 修 3-3