1、讲解人：XXX 时间：2020.5.25 MENTAL HEALTH COUNSELING PPT 第5节 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、
2、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 一种宏观态对一种微观 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
3、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
4、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。 C B D A 二、气体向真空的扩散 C BD A A DBCA B C D A D B C A B C D 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
5、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 AB CD AB CD AB D C B AC D BC DA4种 A B CDB C ADB D AC A B CDACB D ADB C 6种 A BC D B AC D C AB D D AB C 4种 AB CD 1种 二、气体向真空的扩散 分布情况（宏 观态） 左0右4 左1右3左2右2 左4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
6、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。 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： 二、气体向真空的扩散 请从微观角
7、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（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
8、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，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
9、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，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
10、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 (2)概率 (3)概率 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
11、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 ： 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。 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
12、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
13、，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。 4、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。 课堂小结 讲解人：XXX 时间：2020.5.25 MENTAL HEALTH COUNSELING PPT 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