《高中物理《熱力學(xué)第二定律的微觀解釋》課件二（9張PPT）（新人教版選修3-3）》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高中物理《熱力學(xué)第二定律的微觀解釋》課件二（9張PPT）（新人教版選修3-3）（12頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

歡迎進(jìn)入物理課堂 2 熱力學(xué)第二定律的微觀解釋 3 不可逆過(guò)程的統(tǒng)計(jì)性質(zhì) 以氣體自由膨脹為例 下面從統(tǒng)計(jì)觀點(diǎn)探討過(guò)程的不可逆性微觀意義 并由此深入認(rèn)識(shí)第二定律的本質(zhì) 熱力學(xué)第二定律的微觀意義 一切自然過(guò)程總是沿著無(wú)序性增大的方向進(jìn)行 在熱力學(xué)中 序 區(qū)分度 對(duì)于一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng) 如果處于非平衡態(tài) 我們認(rèn)為它處于有序的狀態(tài) 如果處于平衡態(tài) 我們認(rèn)為它處于無(wú)序的狀態(tài) 首先理解有序和無(wú)序的概念 一個(gè)被隔板分為A B相等兩部分的容器 裝有4個(gè)涂以不同顏色分子 3 熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)意義 熱力學(xué)第二定律的微觀意義 4 開(kāi)始時(shí) 4個(gè)分子都在A部 抽出隔板后分子將向B部擴(kuò)散并在整個(gè)容器內(nèi)無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng) 隔板被抽出后 4分子在容器中可能的分布情形如下圖所示 5 微觀態(tài)共有24 16種可能的方式 而且4個(gè)分子全部退回到A部的可能性即幾率為1 24 1 16 一般來(lái)說(shuō) 若有N個(gè)分子 則共2N種可能方式 而N個(gè)分子全部退回到A部的幾率1 2N 對(duì)于真實(shí)理想氣體系統(tǒng)N 1023 mol 這些分子全部退回到A部的幾率為 此數(shù)值極小 意味著此事件永遠(yuǎn)不會(huì)發(fā)生 從任何實(shí)際操作的意義上說(shuō) 不可能發(fā)生此類事件 對(duì)單個(gè)分子或少量分子來(lái)說(shuō) 它們擴(kuò)散到B部的過(guò)程原則上是可逆的 對(duì)大量分子組成的宏觀系統(tǒng)來(lái)說(shuō) 它們向B部自由膨脹的宏觀過(guò)程實(shí)際上是不可逆的 這就是宏觀過(guò)程的不可逆性在微觀上的統(tǒng)計(jì)解釋 6 第二定律的統(tǒng)計(jì)表述 依然看前例 4個(gè)分子在容器中的分布對(duì)應(yīng)5種宏觀態(tài) 左邊一列的各種分布僅指出A B兩邊各有幾個(gè)分子 代表的是系統(tǒng)可能的宏觀態(tài) 中間各列是詳細(xì)的分布 具體指明了這個(gè)或那個(gè)分子各處于A或B哪一邊 代表的是系統(tǒng)的任意一個(gè)微觀態(tài) 一種宏觀態(tài)對(duì)應(yīng)若干種微觀態(tài) 不同的宏觀態(tài)對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)不同 均勻分布對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)最多 全部退回A邊僅對(duì)應(yīng)一種微觀態(tài) 7 統(tǒng)計(jì)物理基本假定 等幾率原理 對(duì)于孤立系 各種微觀態(tài)出現(xiàn)的可能性 或幾率 是相等的 各種宏觀態(tài)不是等幾率的 那種宏觀態(tài)包含的微觀態(tài)數(shù)多 這種宏觀態(tài)出現(xiàn)的可能性就大 定義熱力學(xué)幾率 與同一宏觀態(tài)相應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)稱為熱力學(xué)幾率 記為 在上例中 均勻分布這種宏觀態(tài) 相應(yīng)的微觀態(tài)最多 熱力學(xué)幾率最大 實(shí)際觀測(cè)到的可能性或幾率最大 所以 實(shí)際觀測(cè)到的總是均勻分布這種宏觀態(tài) 即系統(tǒng)最后所達(dá)到的平衡態(tài) 對(duì)于1023個(gè)分子組成的宏觀系統(tǒng)來(lái)說(shuō) 均勻分布這種宏觀態(tài)的熱力學(xué)幾率與各種可能的宏觀態(tài)的熱力學(xué)幾率的總和相比 此比值幾乎或?qū)嶋H上為100 8 對(duì)整個(gè)宇宙不適用 如布朗運(yùn)動(dòng) 平衡態(tài)相應(yīng)于一定宏觀條件下 最大的狀態(tài) 熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)表述 孤立系統(tǒng)內(nèi)部所發(fā)生的過(guò)程總是從包含微觀態(tài)數(shù)少的宏觀態(tài)向包含微觀態(tài)數(shù)多的宏觀態(tài)過(guò)渡 從熱力學(xué)幾率小的狀態(tài)向熱力學(xué)幾率大的狀態(tài)過(guò)渡 自然過(guò)程總是向著使系統(tǒng)熱力學(xué)幾率增大的方向進(jìn)行 4 熱力學(xué)第二定律的適用范圍 注意 微觀狀態(tài)數(shù)最大的平衡態(tài)狀態(tài)是最混亂 最無(wú)序的狀態(tài) 一切自然過(guò)程總是沿著無(wú)序性增大的方向進(jìn)行 1 適用于宏觀過(guò)程對(duì)微觀過(guò)程不適用 2 孤立系統(tǒng)有限范圍 9 可愛(ài)的熵物理學(xué)中有個(gè)熵定律 也就是著名的熱力學(xué)第二定律 熵 的名稱是由德國(guó)物理學(xué)家道爾夫 克勞修斯于1868年造出來(lái)的 它代表著宇宙中不能再被轉(zhuǎn)化做功的能量的總和的測(cè)定單位 即熵的增加表示宇宙物質(zhì)的日益混亂和無(wú)序 是無(wú)效能量的總和 熵本身既不是好事 也不是壞事 它意味著腐敗和混亂 但它同時(shí)也意味著生命本身的展開(kāi) 不論是有機(jī)的 還是無(wú)機(jī)的生命 卡農(nóng) 喬治 梅特勒的大爆炸學(xué)說(shuō)也認(rèn)為 宇宙是以有序的狀態(tài)開(kāi)始 不斷地向無(wú)序狀態(tài)發(fā)展 它與熱力學(xué)第二定律是相符的 熱力學(xué)第一定律說(shuō)明能量是守恒的 不滅的 只能從一種形式轉(zhuǎn)變到另一種形式 熱力學(xué)第二定律 熵定律 卻表明 能量不可逆轉(zhuǎn)地沿著一個(gè)方向轉(zhuǎn)化 即從對(duì)人類來(lái)說(shuō)是可利用的變?yōu)椴豢衫玫臓顟B(tài) 10 有效能量告罄時(shí) 是 熱寂 死寂的熱平衡狀態(tài) 有效物質(zhì)耗盡時(shí) 是一片 物質(zhì)混亂 整個(gè)宇宙的大混亂和大混沌 古羅馬詩(shī)人賀拉斯說(shuō) 時(shí)間磨滅了世界的價(jià)值 可謂一語(yǔ)道破了熵定律的真諦 物理學(xué)家們認(rèn)為 熵定律是物質(zhì)世界的最終定律 人類參與的每一項(xiàng)物質(zhì)活動(dòng)都受到熱力學(xué)第一 第二定律的嚴(yán)密制約 但是 他們又認(rèn)為熵定律只涉及物質(zhì)世界 只控制時(shí)空的橫向世界 人類的精神世界并不受熵定律的專制統(tǒng)治 所以 生命的現(xiàn)象是宇宙洪流中的一股逆流 人類精神的無(wú)限發(fā)展 是不可抗拒的熵增大長(zhǎng)河中的一條逆流之舟 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全