1、5 热力学第二定律的微观解释前面我们学习了热力学定律，明确了能量可以相互转化且守恒，还知道一切热现象都有一定的方向性这一节我们重点从微观角度来探究这方面的问题一、有序和无序 宏观态和微观态1 系 统 的 宏 观 表 现 源 于 组 成 系 统 的 微 观 粒 子 的_【答案】统计规律2系统的宏观态所对应的微观态的多少表现为宏观态的_ 和 _，即 对 应 微 观 态 少 的 宏 观 态 称 为_，而对应微观态多的宏观态称为_【答案】有序 无序 有序 无序二、热力学第二定律的微观意义1气体向真空的扩散气体的自由扩散过程是沿着无序性_的方向进行的【答案】增大2热力学第二定律的微观意义一切自然过程总是
2、沿着分子热运动的无序性_的方向进行【答案】增大三、熵1熵的概念物理学中用字母表示一个宏观状态所对应的微观状态的_，用字母S表示熵，则SkLn式中k叫做玻耳兹曼常量【答案】数目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_这就是熵增加原理，也就是热力学第二定律的另一种表述【答案】减小1有序和无序确定了某种规则，符合这个规则的就是有序的，不符合确定的规则和要求的分布是无序的(1)无序意味着各处都一样、平均、没有差别；而有序则是相反如何理解有序和无序、宏观态和微观态(2)有序和无序是相对的举例：一副扑克牌，指定按黑桃、红桃、梅花、方块的顺序排列，但对号码的大小不做要求，这样的排列对于完全杂乱
3、的一副牌来说是有序的，但对于不仅有花样方面的要求，而且对号码顺序也有要求的排列来说，就是无序的了2宏观态和微观态当我们以系统的分子数分布而不区分具体的分子来描写的系统状态叫热力学系统的宏观态；如果使用分子数分布并且区分具体的分子来描写的系统状态叫热力学系统的微观态(1)在热力学系统中，由于存在大量粒子的无规则热运动，任一时刻各个粒子处于何种运动状态完全是偶然的，而且又都随时间无规则地变化着系统中各个粒子运动状态的每一种分布，都代表系统的一个微观态，系统的微观态的数目是大量的，在任意时刻系统随机地处于其中任意一个微观态(2)规定了某种规则，我们就规定了一个“宏观态”，这个“宏观态”可能包含一种或
4、几种“微观态”，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”比较多，就说这个“宏观态”是比较无序的1下列说法中正确的是()A机械能和内能之间的转化是可逆的B气体向真空的自由膨胀是可逆的C如果一个“宏观态”对应的“微观态”比较多，就说明这个“宏观态”是比较有序的D如果一个“宏观态”对应的“微观态”比较多，就说明这个“宏观态”是比较无序的【答案】D【解析】热现象的宏观过程都是不可逆的，故A、B错，微观态越多越无序，C错，故选D1热力学第二定律的微观解释我们所说的有序状态，指的是对应着较少微观态的宏观态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
5、是从有序向着无序发展的2熵的概念SkLn(1)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S也越大，那么熵S自然也是系统内分子运动无序性的量度热力学第二定律与熵(2)熵是热力学中的一个重要的状态函数(或叫状态参量)，热力学系统(研究对象)处于任何一个状态都对应着一个熵函数，熵的大小表征着热力学系统内粒子热运动的杂乱无章的程度熵值越大的状态，系统内粒子热运动就越混乱无序；熵值越小的状态，系统内粒子热运动的无序性就越小3熵增大原理(1)由熵的定义可知，熵较大的宏观状态就是无序程度较大的宏观状态，也就是出现概率较大的宏观状态在自然过程中熵总是增加的，其原因并非因为有序是不可能的，而是因为
6、通向无序的渠道要比通向有序的渠道多得多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(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如果过程可逆，则熵不变；如果过程不可逆，则熵增加2从微观角度而言，熵具有统计意义，它是系统内的一种量度熵值较小的状态对应于_的状态；熵值较大的状态对应于_的状态(均选填“有序度较大”或“无序度较大”)【答案】有序度较大 无序度较大例1 关于热力学第二定律的微观意义，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
7、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热力学第二定律的微观意义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解析：分子热运动是大量分子的无规则运动，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正确答案：CD反思领悟：由于对热传递过程的微观解释不能真正理解，认为热传递的自然过程是大量分子从有序向无序的
8、变化，而错选B注意大量分子都在做无规则运动，热传递使这种热运动由无序程度小变为无序程度大1下面关于熵的有关说法错误的是()A熵是系统内分子运动无序性的量度B在自然过程中熵总是增加的C热力学第二定律也叫做熵减小原理D熵值越大代表越无序【答案】C【解析】如果过程是可逆的，则熵不变；如果不可逆，则熵是增加的，而且一切自然过程都是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行例2 如图所示，质量、温度相同的酒精，分别处于固态、液态和气态三种状态下，它们的熵的大小有什么关系？为什么？熵及熵增大原理答案：根据大量分子运动对系统无序程度的影响，热力学第二定律又有一种表述：由大量分子组成的系统自发变化时，总是向着无序程
9、度增大的方向进行，至少无序程度不会减少也就是说，任何一个系统自发变化时，系统的熵要么增加，要么不变，但不会减少质量相同、温度相同的酒精，可以由固体自发地向液体、气体转化，所以，气态时的熵最大，其次是液态酒精，固态时的熵最小反思领悟：熵是反映系统无序程度的物理量，正如温度反映物体内分子平均动能的大小一样，系统越混乱，无序程度越大，这个系统的熵越大2根据你对熵增加原理的理解，举出一些系统从有序变为无序的例子【答案】根据熵增加原理，自然界的一切自发过程，总是朝着熵增加的方向进行，而熵是描述系统无序程度的物理量，熵越大，无序程度越高所以，熵的增加就意味着系统无序程度的增加这意味着自然界的一切自发过程，总是朝着从有序向无序的方向转化如：燃料的燃烧、气体的扩散、一切生命体从产生到消亡，都经历了一个从有序到无序的发展过程
