105热力学第二定律的微观解释.ppt

热力学第二定律的本质自然界一切与热现象有关的宏观过程都是不可逆的。热功转换完全功不完全热非自发传热自发传热高温物体低温物体热传导扩散过程自发外力压缩第十章热力学定律表述二:热转功的条件(否定第二类永动机)热力学定律第一定律:(否定第一类永动机)第二定律ΔU=Q+W第零定律:热平衡定律(测温依据)表述一:热传导的宏观方向性表述三:熵增加原理(孤立系统有序无序)自发第三定律:无法冷却到绝对零度-℃:只要确定了某种规则,符合这个规则的就叫做有序。无序:不符合某种确定规则的称为无序。无序意味着各处都一样,平均、没有差别,有序则相反。有序和无序是相对的。:符合某种规定、规则的状态,叫做热力学系统的宏观态。微观态:在宏观状态下,符合另外的规定、规则的状态叫做这个宏观态的微观态。系统的宏观态所对应的微观态的多少表现为宏观态无序程度的大小。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,同时也决定了宏观过程的方向性——从有序到无序。下面从统计观点探讨过程的不可逆性微观意义,并由此深入认识第二定律的本质。热力学第二定律的微观意义:一切自然过程总是沿着无序性增大的方向进行。在热力学中,序:区分度。对于一个热力学系统,如果处于非平衡态,我们认为它处于有序的状态,如果处于平衡态,我们认为它处于无序的状态。——以气体自由膨胀为例一个被隔板分为A、B相等两部分的容器,装有4个涂以不同颜色的气体分子。开始时,4个分子都在A部,抽出隔板后分子将向B部扩散并在整个容器内无规则运动。隔板抽出后,4个气体分子在容器中可能的分布情形宏观分布微观状态微观态数14461微观态共有24=16种可能的方式,而且4个分子全部退回到A部的可能性即几率为1/24=1/16。一般来说,若有N个分子,则共有2N种可能方式,而N个分子全部退回到A部的几率1/1023/mol,这些分子全部退回到A部的几率为。此数值极小,意味着此事件永远不会发生。宏观过程不可逆在微观上的统计解释热力学第二定律的微观意义: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。不可逆过程的本质:系统从热力学概率小的状态向热力学概率大的状态进行的过程。自发过程的规律:概率小的状态(有序)→概率大的状态(混乱)统计物理基本假定—等几率原理:对于孤立系,各种微观态出现的可能性(或几率)是相等的。各种宏观态不是等几率的。那种宏观态包含的微观态数多,这种宏观态出现的可能性就大。定义热力学几率:与同一宏观态相应的微观态数称为热力学几率。记为。在上例中,均匀分布这种宏观态,相应的微观态最多,热力学几率最大,实际观测到的可能性或几率最大。所以,实际观测到的总是均匀分布这种宏观态。即系统最后所达到的平衡态。对于1023个分子组成的宏观系统来说,均匀分布这种宏观态的热力学几率与各种可能的宏观态的热力学几率的总和相比,此比值几乎或实际上为100%。