1、第1页 第十章 热力学定律 第2页第5节 热力学第二定律的微观解释第6节 能源和可持续发展第3页学习目标 1.知道有序、无序、宏观态、微观态四个概念.2.理解熵的概念及熵增加原理.3.了解热力学第二定律的微观意义.4.了解能量耗散、常规能源第4页基 础 梳 理 规 律 方 法 第5页基 础 梳 理第6页一、有序、无序、宏观态、微观态1有序：系统的个体符合某种确定的规则2无序：系统的个体不符合某种确定的规则3宏观态：系统的宏观状态4微观态：系统内个体的不同分布状态第7页二、热力学第二定律的微观意义1微观意义一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行2说明宏观态对应的微观态越多，无序程度
2、越大，自发的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无序进行第8页3熵(1)熵：微观状态的数目用 表示，用 S 表示熵，则 Skln，k 称为玻耳兹曼常量熵是分子热运动无序程度的定量量度，熵越大，分子热运动无序程度越大(2)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熵增加原理是用熵表述的热力学第二定律第9页四、能量耗散和品质降低1能量耗散各种形式的能量都向内能转化，分散到环境中的内能很难再利用2品质降低能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式能量在利用过程中，总是由高品质的能量最终转化为低品质的能量第10页3能源常规能源：煤、石油、天然气新能源：太阳
3、能、生物能、风能、核能第11页李老师，请从熵增加原理角度解释热传递的这种方向性？两个温度不同的物体接触时，两个物体分子平均动能是不一样的，温度高的物体分子的平均动能越大也就是这样的宏观态相对于分子平均动能处处相等的宏观态来说是有序的根据熵增加原理，宏观过程总是向无序度更大的方向发展，最后就会变成分子的平均动能处处相等也即温度相等第12页规 律 方 法第13页规律一热力学第二定律的微观解释从微观的角度看，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更大的方向发展第14页【例题 1】关于热力学第二定律的微观意义，
4、下列说法正确的是()A大量分子无规则的热运动能够自动转变为有序运动B热传递的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C热传递的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D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第15页【解析】分子热运动是大量分子无规则运动，系统的一个宏观过程包含着大量的微观状态，这是一个无序的运动，根据熵增加原理，热运动的结果只能使分子热运动更加无序，而不是变成了有序，热传递的自然过程从微观上讲就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，C、D 项正确【答案】CD第16页【例题 2】下列关于晶体
5、熔化的说法中正确的是()A在晶体熔化的过程中，温度不变，分子热运动的平均速率不变，则无序程度不变B晶体熔化时，由分子的平衡位置在空间较为规则排列，变为分子的平衡位置较为无序排列，则无序度增大C在晶体熔化的过程中，熵将保持不变D在晶体熔化的过程中，熵将增加第17页【解析】在晶体熔化的过程中，分子的平衡位置由较有规则变为无规则，无序度增大，熵将增加，故 B、D 项对【答案】BD第18页【练 1】下面关于热力学第二定律微观意义的说法正确的是()A从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律B一切自然过程总是沿着分子热运动无序性减小的方向进行C有的自然过程沿着分子热运动无序性增大的方向进行，有的自然过
6、程沿着分子热运动无序性减小的方向进行D在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小第19页【解析】从热力学第二定律的微观本质看，一切不可逆过程总是沿着大量分子热运动无序程度增大的方向进行，我们知道热力学第二定律是一个统计规律，故 A 项对，B、C 项错任何自然过程总是朝着无序程度增大的方向进行，也就是朝着熵增加的方向进行，故 D 项对所以选 A、D 项【答案】AD第20页【练 2】关于气体向真空中扩散的规律，下列叙述中错误的是()A气体分子数越少，扩散到真空中的分子全部回到原状态的可能性越大B气体分子数越多，扩散到真空中的分子全部回到原状态的可能性越大第21页C扩散到真空中的分子在整个容器中分
7、布得越均匀，其宏观态对应的微观态数目越大D气体向真空中扩散时，总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行【解析】气体分子数越多，其宏观态对应的微观态数目越多，无序性越大，所以回到原状态的可能性越小，因此 B 项错误【答案】B第22页规律二能 量 耗 散注意：能量耗散是可利用的能量减少了，自然界的总能量并没有变【例题 3】下列对能量耗散的理解正确的有()A能量耗散说明能量在不断减少B能量耗散遵守能量守恒定律C能量耗散说明能量不能凭空产生，但可以凭空消失D能量耗散从能量角度反映出自然界的宏观过程具有方向性第23页【解析】在发生能量转化的宏观过程中，其他形式的能量最终会转化为流散到周围环境的内能，无法再回收利用，这种现象叫能量耗散能量耗散并不违反能量守恒定律，宇宙的能量既没有减少，也没有消失，它只从能量角度反映出自然界的宏观过程具有方向性，故 A、C 项错误，B、D 项正确【答案】BD第24页【练 3】下列哪些现象属于能量的耗散()A利用水流能发电变成电能B电能通过灯泡中的电阻丝变为光能C电池的化学能转变为电能D火炉把屋子烤暖【解析】电能转化为光能，化学能转化为内能，最终都变成环境中的内能，无法再加以收集利用，B、D 项均为能量耗散【答案】BD
