熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)解釋.ppt
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熵和熵增加原理的微觀意義,2,一 不可逆與無(wú)序,不可逆性的微觀本質(zhì):一切自然過(guò)程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無(wú)序性增大的方向進(jìn)行。,3,,自發(fā)轉(zhuǎn)化為,,為化轉(zhuǎn)發(fā)自能不,大量分子的有序運(yùn)動(dòng),大量分子的無(wú)序運(yùn)動(dòng),方向:向更加無(wú)序狀態(tài)方向自發(fā)進(jìn)行,熱功轉(zhuǎn)換,4,初態(tài)(兩個(gè)溫度不同的系統(tǒng)),熱傳導(dǎo),,末態(tài)(溫度相同的系統(tǒng)),溫度是分子無(wú)序運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能大小的量度,初態(tài)(兩個(gè)系統(tǒng)平均動(dòng)能不同,分子運(yùn)動(dòng)無(wú)序,但仍可區(qū)分),末態(tài)(兩個(gè)系統(tǒng)平均動(dòng)能相同,分子運(yùn)動(dòng)無(wú)序,也不可區(qū)分,即更加無(wú)序),,方向:向無(wú)序性增大的方向自發(fā)進(jìn)行,5,氣體絕熱自由膨脹,方向:向更加無(wú)序的狀態(tài)方向自發(fā)進(jìn)行,6,如何定量的描述無(wú)序度?,一切自然過(guò)程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無(wú)序性增大的方向進(jìn)行。,不可逆過(guò)程的微觀本質(zhì):,熱力學(xué)第二定律只適用于大量分子的體系,7,二 無(wú)序度與熱力學(xué)概率,1. 宏觀狀態(tài)數(shù)和微觀狀態(tài)數(shù),玻耳茲曼認(rèn)為:從微觀上看,對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)的宏觀描述是非常不完善的,系統(tǒng)的同一個(gè)宏觀狀態(tài)實(shí)際上可能對(duì)應(yīng)于非常非常多的微觀狀態(tài),而這些微觀狀態(tài)是粗略的宏觀描述所不能加以區(qū)別的。,8,微觀狀態(tài):微觀上看,對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的個(gè)體加以區(qū)分的狀態(tài),宏觀狀態(tài):從總體上觀察,而對(duì)系統(tǒng)個(gè)體不予區(qū)分的狀態(tài),9,4個(gè)可分辨的粒子在容器中的位置分布,10,11,12,N=20, 宏觀態(tài)所對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)數(shù),左20右0和左0右20兩種宏觀狀態(tài)各有1個(gè)微觀狀態(tài),表明20個(gè)分子全部處于左 (或右 ) 中的概率最小為,13,14,N=1023個(gè)可分辨的粒子在容器中的位置分布,粒子數(shù)分布均勻的宏觀態(tài)所對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)的數(shù)目最多,其比例幾乎是所有可能的微觀態(tài)數(shù)的百分之百。,15,若對(duì)熱力學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行觀察,我們看到的將總是粒子數(shù)分布均勻的宏觀態(tài) 粒子數(shù)分布均勻的宏觀態(tài)對(duì)應(yīng)于熱力學(xué)中的平衡態(tài),對(duì)應(yīng)微觀狀態(tài)數(shù)目多的宏觀狀態(tài)出現(xiàn)的概率大,2.微觀狀態(tài)數(shù)與熱力學(xué)概率,某一宏觀狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的微觀狀態(tài)數(shù)目稱為該宏觀狀態(tài)的熱力學(xué)概率,用W表示。,平衡態(tài) —熱力學(xué)概率W 取最大值的宏觀態(tài),16,3. 無(wú)序度和熱力學(xué)概率,粒子數(shù)分布均勻的或近似均勻的宏觀狀態(tài)就是比較混亂或無(wú)序的狀態(tài)。,一個(gè)宏觀態(tài)的熱力學(xué)概率就是無(wú)序度的量度,因此:,17,總結(jié):,18,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)概率小的狀態(tài)向熱力學(xué)概率大的狀態(tài)過(guò)渡。,它涉及大量分子的運(yùn)動(dòng)的無(wú)序性變化的規(guī)律, 熱力學(xué)第二定律是一條統(tǒng)計(jì)規(guī)律。,4 熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)表述,19,三 玻爾茲曼熵公式,1877年,玻耳茲曼引入熵(Entropy),表示系統(tǒng)無(wú)序性的大小,S ? lnW,1900年,普朗克引入系數(shù) k —玻耳茲曼常數(shù),玻耳茲曼熵公式:,S = k lnW,20,(2)熵是孤立系統(tǒng)的無(wú)序度的量度.(平衡態(tài)熵最大.)(W 愈大,S 愈高,系統(tǒng)有序度愈差.),(1)熵的概念建立,使熱力學(xué)第二定律得到統(tǒng)一的定量的表述 .,21,(3)熵增加原理,若一個(gè)系統(tǒng)的熱力學(xué)概率由W1變至W2 ,系統(tǒng)熵的增量為:,孤立系統(tǒng)熵增加過(guò)程是系統(tǒng)熱力學(xué)概率增大的過(guò)程(即無(wú)序度增大的過(guò)程),是系統(tǒng)從非平衡態(tài)趨于平衡態(tài)的過(guò)程,是一個(gè)不可逆過(guò)程。,22,關(guān)于熱寂說(shuō) 所謂“熱寂說(shuō)” :如果將整個(gè)宇宙看成一個(gè)孤立的系統(tǒng),那么由于孤立系統(tǒng)的一切自發(fā)過(guò)程都是熵增的,一直到達(dá)熵值極大,這時(shí)整個(gè)宇宙就趨于熱平衡而進(jìn)入熱寂,即整個(gè)宇宙的熱運(yùn)動(dòng)停止了。,表明整個(gè)宇宙好像是“一潭死水”,23,對(duì)于“熱寂“的批判,以前都是建立在靜態(tài)宇宙模型上的,因此這種批判是感情色彩多于理性思考。,現(xiàn)在的宇宙理論是動(dòng)態(tài)的,即宇宙是處在遠(yuǎn)離平衡態(tài)的,且在宇宙中萬(wàn)有引力扮演著重要角色,因此將平衡態(tài)熱力學(xué)定律直接應(yīng)用于宇宙的演化上肯定是不妥的。,24,人們發(fā)現(xiàn)無(wú)機(jī)界、無(wú)生命的世界總是從有序向無(wú)序變化,但生命現(xiàn)象卻越來(lái)越有序,生物由低級(jí)向高級(jí)發(fā)展、進(jìn)化。以致出現(xiàn)人類這樣高度有序的生物。意大利科學(xué)家普里高津提出了耗散結(jié)構(gòu)理論,解釋了這個(gè)問(wèn)題。,原來(lái)生命是一開(kāi)放系統(tǒng)。其熵變由兩部分組成。,25,(和外界有能量交換和物質(zhì)交換的系統(tǒng)叫開(kāi)放系統(tǒng)),開(kāi)放系統(tǒng)的熵變,開(kāi)放系統(tǒng)熵的變化,26,END,開(kāi)放系統(tǒng)熵的變化,系統(tǒng)的熵變dS0,系統(tǒng)的有序度增加,系統(tǒng)就可能進(jìn)化。,27,從熵流中獲取負(fù)熵,從而使系統(tǒng)在較高層次保持有序。正象薛定諤指出:,28,總結(jié):,熱力學(xué)第二定律,開(kāi)爾文表述,克勞修斯表述,一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際宏觀過(guò)程都是不可逆的,,自發(fā)過(guò)程的方向,29,30,作業(yè):,習(xí)題:P258 13-24,13-25 預(yù)習(xí): 14-1,14-2,14-3,14-4,- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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