1、第十章 热力学定律第5节 热力学第二定律的微观解释1热力学第二定律的微观解释高温物体和低温物体中的分子都在做 的热运动，但是高温物体中分子热运动的平均速率要大于低温物体的平均速率。所以在高温物体分子与低温物体分子的碰撞过程中，低温物体分子运动的剧烈程度会逐渐加剧，即低温物体的温度升高。而高温物体分子运动的剧烈程度会减缓，即高温物体的温度降低。所以从宏观热现象角度来看，传热具有方向性，热量总是从高温物体传给低温物体。换一种角度看，初始我们根据温度的高低来区分两个物体，而末状态两个物体的温度处处相同，无法区别，我们就说系统的无序程度增加了。同理可知，在通过做功使系统内能增加的过程中，自然过程是大量
2、分子从有序运动状态向无序运动状态转化的过程。热力学第二定律揭示了涉及热现象的一切宏观的自然过程都只能在一个方向上发生，而不会可逆地在相反的方向上出现，它指出在能量得以平衡的众多过程中，哪些可能发生，哪些不可能发生。自然界涉及热现象的一切宏观过程都是不可逆的，宏观自发过程的这种方向性（熵增加的方向），也就成为时间的方向性。所以“ ”又常常被称为“时间箭头”。注意：微观状态数最大的平衡态是最混乱、最无序的状态。从统计规律角度看，热力学第二定律可表述为：孤立系统内部所发生的过程总是从包含微观态数少的宏观态向包含微观态数多的宏观态过渡，从热力学概率小的状态向热力学概率大的状态过渡；自然过程总是向着使系
3、统热力学概率增大的方向进行，总是沿着使 增大的方向进行。2热力学第二定律的微观意义有序状态指的是对应着较少微观态的那种宏观态，自发过程总是倾向于出现与较多微观态对应的宏观态，即出现概率较大的状态，因此自发过程总是从有序向着无序发展的。热力学第二定律的微观意义：一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性 的方向进行。特别说明：系统处于平衡状态，则对应着最无序的状态。从统计意义看，热力学第二定律指出了自然过程总是由概率小的宏观状态向概率大的宏观状态进行。气体向真空中扩散的现象反映了宏观自发过程具有方向性，即宏观的自发过程总是倾向于出现与较多微观态对应的宏观态，因此自发的过程总是从有序向着无序发展的。无
4、规则 熵 无序性 增大用熵的概念表示热力学第二定律1熵较大的宏观状态就是无序性较大的宏观状态，也是概率较大的宏观状态。在自发过程中熵总是增加的，即向无序性增加的方向进行。2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熵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。【例题】质量一定的某种物质，在压强不变的条件下，由液体向气态（可看成理想气体）变化过程中温度（T）随加热时间（t）变化关系如图所示。单位时间所吸收的热量可看成不变。以下说法正确的是A在区间，物质的内能不变B在区间，分子间的势能不变C从区间到区间，物质的熵增加D在区
5、间，物质分子热运动的平均动能随着时间的增加而增大参考答案：BCD1关于有序和无序宏观态和微观态，下列说法正确的是A有序和无序是绝对的B一个“宏观态”可能对应着许多的“微观态”C一个“宏观态”只能对应着唯一的“微观态”D无序意味着各处一样、平均、没有差别2倒一杯热水，然后加入适当的糖后，糖会全部溶于水中，但一段时间后又观察到杯子底部有糖结晶，关于这个过程下列叙述正确的是A溶解过程是自发的，结晶过程也是自发的，因此热力学第二定律是错误的B溶解过程是有序向无序转变的过程C结晶过程是有序向无序转变的过程D结晶过程不是自发的，因为有外界的影响3已知一个系统的两个宏观态甲、乙，及对应微观态的个数分别为较少
6、、较多，则下列关于对两个宏观态的描述及过程自发的可能方向的说法中正确的是A甲比较有序，乙比较无序，甲乙B甲比较无序，乙比较有序，甲乙C甲比较有序，乙比较无序，乙甲D甲比较无序，乙比较有序，乙甲4下列说法中正确的是A随着高科技的不断发展，绝对零度是可以达到的B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C从单一热源吸取热量，并使之全部变成有用的机械功是不可能的D热量能够自发地从高温物体传递到低温物体，但不能自发地从低温物体传递到高温物体5对“覆水难收”的叙述正确的是A盛在盆中的水是一种宏观态，因盆子的因素，对应的微观态数目较少，较为有序B盛在盆中的水是一种宏观态，因盆子的因素，对应的微观
7、态数目较多，较为无序C泼出的水是一种宏观态，因不受器具的限制，对应的微观态数目较多，较为无序D泼出的水是一种宏观态，因不受器具的限制，对应的微观态数目较少，较为有序6倒一杯热水，然后加入适当的糖后，糖会全部溶于水中，但一段时间后又观察到杯子底部有糖结晶，关于这个过程下列叙述正确的是A溶解过程是自发的，结晶过程也是自发的，因此热力学第二定律是错误的B溶解过程是有序向无序转变的过程C结晶过程是有序向无序转变的过程来源:学&科&网D结晶过程不是自发的，因为有外界的影响7下列关于熵的观点中正确的是A熵越大，系统的无序度越大B对于一个不可逆绝热过程，其熵总不会减小C气体向真空扩散时，熵值减小D自然过程中
8、熵总是增加的，是因为通向无序的渠道要比通向有序的渠道多得多8从微观角度看A热力学第二定律是一个统计规律B与热现象有关的自然过程中，一个孤立系统总是从熵大的状态向熵小的状态发展C一个客观状态所对应的微观状态越多，越是无序，熵值越大D出现概率越大的客观状态，熵值越大9对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是A温度升高，分子的平均动能增大，每次碰撞对容器壁的作用力增大，压强一定增大B体积减小，单位体积内的分子数增多，气体的内能一定增大C绝热压缩一定质量的理想气体时，外界对气体做功，内能增加，压强一定增大D一定质量的理想气体向真空自由膨胀时，体积增大，熵减小10一个物体在粗糙的平面上滑动，最后停止。系
9、统的熵如何变化？11用隔板将一绝热容器隔成A和B两部分，A中盛有一定质量的理想气体，B为真空，现把隔板抽去，A 中的气体自动充满整个容器（如图乙所示），这个过程称为气体的自由膨胀，下列说法正确的是A自由膨胀过程中，气体分子只做定向运动B自由膨胀前后，气体的压强不变C自由膨胀前后，气体的温度不变D容器中的气体在足够长的时间内，能全部自动回到A部分1BD【解析】因为无序是各处都一样、平均、没有差别，故D项正确；而有序和无序是相对的，故A项错误；而一个“宏观态”可能对应一个或多个“微观态”，所以B项正确，C项错误。2BD【解析】若系统是封闭的，则不会出现结晶的过程，结晶是由于水分的蒸发和温度的降低，
10、是外界因素的影响。故BD正确。6BD【解析】若系统是封闭的，则不会出现结晶的过程，结晶是由于水分的蒸发和温度的降低，是外界因素的影响。故选项BD正确。7ABD【解析】熵是系统内分子运动无序性的量度，熵越大，其无序度越大，选项A正确；一个不可逆绝热过程，其宏观状态对应微观态数目增大，其熵会增加，不会减小，选项B正确；气体向真空中扩散，无序度增大，熵值增大，选项C错误；自然过程中，无序程度较大的宏观态出现的概率大，因而通向无序的渠道多，选项D正确。学-科网10增大物体由于受到摩擦力而停止运动，其动能变为系统的内能，最后完全转化为内能。该过程增加了系统分子无规则运动的程度，使得无规则运动加强，也就是系统的无序程度增加了，所以系统的熵增加。11C【解析】由分子动理论知，气体分子的热运动是永不停息地做无规则运动，故选项A错误；由能量守恒定律知，气体膨胀前后内能不变，又因一定质量理想气体的内能只与温度有关，所以气体的温度不变，故选项C正确；由常量，所以气体压强变小，故选项B错误；由热力学第二定律知，真空中气体膨胀具有方向性，在无外界影响的情况下，容器中的气体不能自发地全部回到容器的A部分，故选项D错误。