大學(xué)物理課件：13-8 熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)解釋

1、13-8 13-8 熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)解釋熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)解釋第十三章第十三章 熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版1無(wú)序無(wú)序有序有序熱功轉(zhuǎn)換熱功轉(zhuǎn)換完全完全功功不不完全完全熱熱 熱力學(xué)第熱力學(xué)第二二定律的定律的實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì)：自然界一自然界一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際宏觀(guān)過(guò)程都是不可切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際宏觀(guān)過(guò)程都是不可逆的逆的 .一一 熵與無(wú)序熵與無(wú)序13-8 13-8 熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)解釋熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)解釋第十三章第十三章 熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版2非非自發(fā)傳熱自發(fā)傳熱自發(fā)傳熱自發(fā)傳熱高溫物體高溫物體低溫物體低溫物體熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)非均勻、非平衡非均勻、非平衡均

2、勻、平衡均勻、平衡擴(kuò)散過(guò)程擴(kuò)散過(guò)程VVV自發(fā)自發(fā)外力壓縮外力壓縮13-8 13-8 熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)解釋熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)解釋第十三章第十三章 熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版3 不可逆過(guò)程的本質(zhì)不可逆過(guò)程的本質(zhì) 系統(tǒng)從熱力學(xué)概率小的狀態(tài)向熱力學(xué)系統(tǒng)從熱力學(xué)概率小的狀態(tài)向熱力學(xué)概率大的狀態(tài)進(jìn)行的過(guò)程概率大的狀態(tài)進(jìn)行的過(guò)程 . 一切自發(fā)過(guò)程的普遍規(guī)律一切自發(fā)過(guò)程的普遍規(guī)律 概概率小的狀態(tài)率小的狀態(tài)概概率大的狀態(tài)率大的狀態(tài)二二 無(wú)序度和微觀(guān)狀態(tài)數(shù)無(wú)序度和微觀(guān)狀態(tài)數(shù)13-8 13-8 熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)解釋熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)解釋第十三章第十三章 熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)物理學(xué)

3、第五版第五版4 討論討論 個(gè)粒子在空間的分布問(wèn)題個(gè)粒子在空間的分布問(wèn)題N 可分辨的粒子集中在可分辨的粒子集中在左左空間的概率空間的概率21=1=WN,41=2=WN,13-8 13-8 熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)解釋熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)解釋第十三章第十三章 熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版5粒子集中在粒子集中在左左空間的空間的概概率率421161W粒子粒子均勻均勻分布的概率分布的概率83166W可分辨粒子總數(shù)可分辨粒子總數(shù) N = 4 各種分布的狀態(tài)總數(shù)各種分布的狀態(tài)總數(shù) 16iin11n42n63n43n第第 種分布的可能狀態(tài)數(shù)種分布的可能狀態(tài)數(shù)ini15n13-8 13-8 熱力學(xué)第

4、二定律的統(tǒng)計(jì)解釋熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)解釋第十三章第十三章 熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版6 N 1 2 4 N W42212121N210（左）（左）三三 熵與熱力學(xué)概率熵與熱力學(xué)概率 玻耳茲曼關(guān)系式玻耳茲曼關(guān)系式WkSln熵熵W 熱力學(xué)熱力學(xué)概概率（微觀(guān)狀態(tài)數(shù)）、率（微觀(guān)狀態(tài)數(shù)）、 無(wú)序度、混亂度無(wú)序度、混亂度.13-8 13-8 熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)解釋熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)解釋第十三章第十三章 熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版7 （2）熵是孤立系統(tǒng)的無(wú)序度的量度熵是孤立系統(tǒng)的無(wú)序度的量度.（平（平衡態(tài)熵最大衡態(tài)熵最大.）（）（W 愈大，愈大，S 愈高，系統(tǒng)無(wú)序愈高

5、，系統(tǒng)無(wú)序度愈高度愈高.） （1）熵的概念建立，使熱力學(xué)第二定律熵的概念建立，使熱力學(xué)第二定律得到統(tǒng)一的定量的表述得到統(tǒng)一的定量的表述 .13-8 13-8 熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)解釋熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)解釋第十三章第十三章 熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版8玻耳茲曼的墓碑玻耳茲曼的墓碑 為了紀(jì)念為了紀(jì)念玻耳茲玻耳茲曼給予熵以統(tǒng)計(jì)解釋曼給予熵以統(tǒng)計(jì)解釋的卓越貢獻(xiàn)的卓越貢獻(xiàn) ，他的，他的墓碑上寓意雋永地刻墓碑上寓意雋永地刻著著 這表示人們對(duì)玻耳茲這表示人們對(duì)玻耳茲曼的深深懷念和尊敬曼的深深懷念和尊敬.WkSln13-8 13-8 熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)解釋熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)解釋第十三章

6、第十三章 熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版9耗耗 散散 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) （1）宇宙真的正在走向死亡嗎？宇宙真的正在走向死亡嗎？ 實(shí)際宇宙萬(wàn)物，宇宙發(fā)展充滿(mǎn)了無(wú)序?qū)嶋H宇宙萬(wàn)物，宇宙發(fā)展充滿(mǎn)了無(wú)序到有序的發(fā)展變化到有序的發(fā)展變化 . （2） 生命過(guò)程的自組織現(xiàn)象生命過(guò)程的自組織現(xiàn)象 生物體的生長(zhǎng)和物種進(jìn)化是從無(wú)序到生物體的生長(zhǎng)和物種進(jìn)化是從無(wú)序到有序的發(fā)展有序的發(fā)展.13-8 13-8 熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)解釋熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)解釋第十三章第十三章 熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版10 （3） 無(wú)生命世界的自組織現(xiàn)象無(wú)生命世界的自組織現(xiàn)象 云、雪花、太陽(yáng)系、化學(xué)實(shí)驗(yàn)、熱對(duì)云、

7、雪花、太陽(yáng)系、化學(xué)實(shí)驗(yàn)、熱對(duì)流、激光等流、激光等. （和外界有能量交換和物質(zhì)交換的系（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)）統(tǒng)叫開(kāi)放系統(tǒng)）（4）開(kāi)放系統(tǒng)的熵變開(kāi)放系統(tǒng)的熵變開(kāi)放系統(tǒng)熵的變化開(kāi)放系統(tǒng)熵的變化iedddSSS13-8 13-8 熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)解釋熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)解釋第十三章第十三章 熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版11idS系統(tǒng)內(nèi)部不可逆過(guò)程所產(chǎn)生的熵系統(tǒng)內(nèi)部不可逆過(guò)程所產(chǎn)生的熵增加增加系統(tǒng)與外界交換能量或物質(zhì)而引系統(tǒng)與外界交換能量或物質(zhì)而引起的熵流起的熵流edS0 d0 diSS,孤立系統(tǒng)孤立系統(tǒng)0d d0d0 deieiSdSSSS,開(kāi)放系統(tǒng)開(kāi)放系統(tǒng)第十三章第十三章 熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版1213-113-1 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程 功功 熱量熱量13-2 13-2 熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律 內(nèi)能內(nèi)能13-3 13-3 理想氣體的