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熵和熵增加原理的微觀意義,2,一 不可逆與無序,不可逆性的微觀本質(zhì)：一切自然過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行。,3,,自發(fā)轉(zhuǎn)化為,,為化轉(zhuǎn)發(fā)自能不,大量分子的有序運動,大量分子的無序運動,方向：向更加無序狀態(tài)方向自發(fā)進行,熱功轉(zhuǎn)換,4,初態(tài)（兩個溫度不同的系統(tǒng)）,熱傳導(dǎo),,末態(tài)（溫度相同的系統(tǒng)）,溫度是分子無序運動平均動能大小的量度,初態(tài)（兩個系統(tǒng)平均動能不同，分子運動無序，但仍可區(qū)分）,末態(tài)（兩個系統(tǒng)平均動能相同，分子運動無序，也不可區(qū)分，即更加無序）,,方向：向無序性增大的方向自發(fā)進行,5,氣體絕熱自由膨脹,方向：向更加無序的狀態(tài)方向自發(fā)進行,6,如何定量的描述無序度？,一切自然過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行。,不可逆過程的微觀本質(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),玻耳茲曼認為：從微觀上看，對于一個系統(tǒng)的狀態(tài)的宏觀描述是非常不完善的，系統(tǒng)的同一個宏觀狀態(tài)實際上可能對應(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，對系統(tǒng)內(nèi)的個體加以區(qū)分的狀態(tài),宏觀狀態(tài)：從總體上觀察，而對系統(tǒng)個體不予區(qū)分的狀態(tài),9,4個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個微觀狀態(tài)，表明20個分子全部處于左 (或右 ) 中的概率最小為,13,14,N=1023個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,若對熱力學(xué)系統(tǒng)進行觀察，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)對應(yīng)于熱力學(xué)中的平衡態(tài),對應(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)就是比較混亂或無序的狀態(tài)。,一個宏觀態(tài)的熱力學(xué)概率就是無序度的量度,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)過渡。,它涉及大量分子的運動的無序性變化的規(guī)律， 熱力學(xué)第二定律是一條統(tǒng)計規(guī)律。,4 熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計表述,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)熵增加過程是系統(tǒng)熱力學(xué)概率增大的過程（即無序度增大的過程），是系統(tǒng)從非平衡態(tài)趨于平衡態(tài)的過程，是一個不可逆過程。,22,關(guān)于熱寂說 所謂“熱寂說” ：如果將整個宇宙看成一個孤立的系統(tǒng)，那么由于孤立系統(tǒng)的一切自發(fā)過程都是熵增的，一直到達熵值極大，這時整個宇宙就趨于熱平衡而進入熱寂，即整個宇宙的熱運動停止了。,表明整個宇宙好像是“一潭死水”,23,對于“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)在的宇宙理論是動態(tài)的，即宇宙是處在遠離平衡態(tài)的，且在宇宙中萬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)無機界、無生命的世界總是從有序向無序變化，但生命現(xiàn)象卻越來越有序，生物由低級向高級發(fā)展、進化。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，解釋了這個問題。,原來生命是一開放系統(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)叫開放系統(tǒng)）,開放系統(tǒng)的熵變,開放系統(tǒng)熵的變化,26,END,開放系統(tǒng)熵的變化,系統(tǒng)的熵變dS0，系統(tǒng)的有序度增加，系統(tǒng)就可能進化。,27,從熵流中獲取負熵，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,開爾文表述,克勞修斯表述,一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實際宏觀過程都是不可逆的,,自發(fā)過程的方向,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,