2.熱力學(xué)第二定律 2.7熵物理意義

第七節(jié)〔含十二節(jié)〕

熵的物理意義和熱力學(xué)進(jìn)展（低溫：分子只分布于低能級(jí)）E一、熵是系統(tǒng)紊亂度〔無序度〕的量度（氣：振動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)，自由平動(dòng)）S固<S液<S氣

（固：振動(dòng)）（液：振動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)，有限平動(dòng)）無序S低溫<S高溫?zé)o序E（高溫：分子廣泛分布于各能級(jí)）物態(tài)與熵：溫度與熵：演示演示一、熵是系統(tǒng)紊亂度〔無序度〕的量度（氣：振動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)，自由平動(dòng)）S固<S液<S氣

（固：振動(dòng)）（液：振動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)，有限平動(dòng)）無序S低溫<S高溫?zé)o序（低溫：分子只分布于低能級(jí)）（高溫：分子廣泛分布于各能級(jí)）物態(tài)與熵：溫度與熵：壓力與熵：

S高壓<S低壓

〔高壓：較小的空間低壓：較大的空間〕S別離<S混合無序無序排列與熵:分子構(gòu)成越復(fù)雜，S越大熱熵構(gòu)型熵二、熵與熱力學(xué)幾率熵與紊亂度相關(guān)，紊亂度可用熱力學(xué)幾率表示1、熱力學(xué)幾率分布方式4－03－12－21－30－4合計(jì)實(shí)現(xiàn)數(shù)1464161數(shù)學(xué)幾率1熱力學(xué)幾率：實(shí)現(xiàn)某一狀態(tài)時(shí)，可能有的微觀狀態(tài)數(shù)?！矊?shí)現(xiàn)數(shù)〕ABCDABCDABCDABCDABCDABCDABCDABCDABCDABCDABCDABCDABCDABCDABCDABCDABCD二、熵與熱力學(xué)幾率分布方式4－03－12－21－30－4合計(jì)實(shí)現(xiàn)數(shù)1464161數(shù)學(xué)幾率1如：最不均勻分布最均勻分布N=4熱力學(xué)幾率數(shù)學(xué)幾率P11N=8熱力學(xué)幾率數(shù)學(xué)幾率P宏觀狀態(tài)總是表現(xiàn)為幾率最大的那些狀態(tài)，即紊亂度最大的狀態(tài)。N=1mol其它分布P=0均勻分布區(qū)域P=1數(shù)學(xué)幾率P最不均勻分布最均勻分布N=4熱力學(xué)幾率數(shù)學(xué)幾率P11N=8熱力學(xué)幾率數(shù)學(xué)幾率P二、熵與熱力學(xué)幾率N＝4N＝8N＝32N＝72N＝1024P=0.999934.99999999998x10235.00000000002x1023二、熵與熱力學(xué)幾率2．玻茲曼〔Boltzmann〕公式設(shè)熵S=f()熵具加和性：S=S1+S2=f(1)+f(2)總幾率為各自幾率之積：

=1

2兩者相聯(lián)系的關(guān)系式為：S=kBlnBoltzmann公式(kB=1.380610–23JK-1)S：宏觀量：微觀量統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)的根底公式是聯(lián)系經(jīng)典熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)的橋梁三、熱力學(xué)第二定律的適用范圍熱力學(xué)第二定律可歸結(jié)為熵增原理： 一切自發(fā)過程都向著熵增大的方向進(jìn)行。1．熱力學(xué)第二定律適用于有限的宏觀系統(tǒng)(1)不能描述個(gè)別質(zhì)點(diǎn)的行為。宏觀系統(tǒng)是指含有大量質(zhì)點(diǎn)構(gòu)成的系統(tǒng)，這才能服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律(2)不適用于整個(gè)無限的宇宙。無限的宇宙不能被認(rèn)為是隔離系統(tǒng)三、熱力學(xué)第二定律的適用范圍2．熱力學(xué)第二定律適用于隔離系統(tǒng)開放系統(tǒng)中，存在穩(wěn)定的有序態(tài)，如生物，從低級(jí)高級(jí)〔更有序〕的進(jìn)化。對(duì)于開放系統(tǒng)中有序結(jié)構(gòu)的熵解釋，形成非平衡態(tài)熱力學(xué)。四．非平衡態(tài)熱力學(xué)1.非平衡態(tài)系統(tǒng)的定態(tài)〔不隨時(shí)間而變的恒定狀態(tài)〕有兩種：隔離系統(tǒng)的定態(tài)：系統(tǒng)內(nèi)部宏觀上無能量流，無物質(zhì)流，為熱力學(xué)平衡態(tài)開放系統(tǒng)的定態(tài)：系統(tǒng)內(nèi)部宏觀上有能量流或物質(zhì)流，為熱力學(xué)非平衡態(tài)，并由非平衡態(tài)維持其定態(tài)如與兩熱源接觸的金屬棒，一定時(shí)間后，各點(diǎn)溫度不變，并由熱流維持其定態(tài)生物體維持有序結(jié)構(gòu)，需要有熱流和物質(zhì)流高溫源低溫源四．非平衡態(tài)熱力學(xué)生物體S總熵＝S內(nèi)部＋S外部2．熵流、熵產(chǎn)生和耗散結(jié)構(gòu)熵產(chǎn)生S內(nèi)部：體內(nèi)的生化反響，血液循環(huán)，擴(kuò)散>0新陳代謝蛋白質(zhì)，淀粉，脂肪無序小分子熵流S外部： 能交換：如散熱四．非平衡態(tài)熱力學(xué)生物體S總熵＝S內(nèi)部＋S外部2．熵流、熵產(chǎn)生和耗散結(jié)構(gòu)熵產(chǎn)生S內(nèi)部：體內(nèi)的生化反應(yīng)，血液循環(huán)，擴(kuò)散>0熵流S外部： 能交換：如散熱物交換：如攝入低熵物，排出高熵物<0假設(shè)S總熵<0 更有序 =