2018-2019学年人教版选修3-3 热力学第二定律 第1课时 学案
2018-2019学年人教版选修3-3   热力学第二定律   第1课时  学案第3页

不同的"宏观态"对应的微观态的个数不同.如果一个"宏观态"对应的"微观态"比较墨,就说这个"宏观态"是比较无序的.

我们以气体向真空的扩散为例来认识宏观态和微观态.

一个箱子被挡板分为左、右两室,左室为气体,右室为真空,撤去挡板后气体要由左向右扩散.我们从分子热运动的角度分析这个过程的方向性.为了简单,假定气体只由共个分子组成.

如图所示,甲、乙、丙、丁是个不同的微观态,但甲、乙属于同一个宏观态,丙、丁属于另一个宏观态.

撤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.如果细致地区分哪个分子在哪侧,这样的一个一个的状态就是不同的微观态.例如,"在左室,在右室"与"在左室,在右室"就是两个不同的微观态.当然"在左室,在右室"也是与前两个不同的微观态.

但是,宏观的观察并不能区分图甲和乙的两个微观态,我们只能说两种情况下左右两室中分子数的多少是一样的,因此,我们说甲和乙属于同一个宏观态:而丙和丁,尽管从微观上看具体分子的位置并不一样,是不同的微观态,但它们也属于同一个宏观态,都是"左右".

3.热力学第二定律的微观解释和意义

(1)热力学第二定律的微观解释

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.

与热现象有关的自发的宏观过程,总是朝着分子热运动状态无序性增加的方向进行的.

由大量分子组成的系统自发变化时,总是向着无序程度增加的方向发展,至少无序程度不会减少.

(2)对热力学第二定律微观意义的理解

系统的热力学过程就是大量分子无序运动状态的变化.从微观看,在功转化为热的过程中,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,但其逆过程却不能自发地进行.即不可能由大量分子无规则的热运动自发转变为有序运动.

从微观看,热传递的过程中,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,其逆过程不能自发进行.

大量分子无序运动状态变化的方向总是向无序性增大的方向进行.即一切自然过程总是沿着无序性增大的方向进行,这就是热力学第二定律的微观意义.

4.熵

(1)熵的概念

在物理学中,用来量度系统无序程度的物理量叫做熵.

在物理学中,为了描述一个系统的无序程度,引入一个物理量,叫做熵.

物理学中用字母表示一个宏观状态所对应的微观状态的数目,用字母表示熵,有:

式中叫做玻耳兹曼常数.

要点诠释:既然微观态的数目是分子运动无序性的一种量度,由于越大,熵也越大,那么熵自然也是系统内分子运动无序性的量度.

(2)熵增加原理