热力学5熵的热力学定义和统计本质.ppt
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1、8B.6 第二定律的统计意义和熵的概念,一. 热力学第二定律的统计意义,1. 气体分子位置的分布规律,左半边,右半边,abc,0,0,abc,3个分子的分配方式,a,b,c,(微观态数23, 宏观态数4, 每一种微观态概率(1 / 23) ),微观态: 在微观上能够加以区别的每一种分配方式,宏观态: 宏观上能够加以区分的每一种分布方式,对于孤立系统,各个微观态出现的概率是相同的,气体的自由膨胀,4个分子时的分配方式,abcd,0,0,abcd,(微观态数24, 宏观态数5 , 每一种微观态概率(1 / 24) ),可以推知有 N 个分子时,分子的总微观态数2N ,总宏观态数( N+1 ) ,每
2、一种微观态概率 (1 / 2N),20个分子的位置分布,包含微观状态数最多的宏观状态是出现的概率最大的状态,(1) 系统某宏观态出现的概率与该宏观态对应的微观态数成正比。,(2) N 个分子全部聚于一侧的概率为1/(2N),(3) 平衡态是概率最大的宏观态,其对应的微观态数目最大。,N/2,结论,孤立系统中发生的一切实际过程都是从微观态数少的宏观态 向微观态数多的宏观态进行.,左侧分子数n,( n ),2. 热力学第二定律的统计意义,3. 分析几个不可逆过程,(1) 气体的自由膨胀,气体可以向真空自由膨胀但却不能自动收缩。因为气体 自由膨胀的初始状态所对应的微观态数最少,最后的均 匀分布状态对
3、应的微观态数最多。如果没有外界影响, 相反的过程,实际上是不可能发生的。,(2) 热传导,两物体接触时,能量从高温物体传向低温物体的概率, 要比反向传递的概率大得多!因此,热量会自动地从 高温物体传向低温物体,相反的过程实际上不可能自 动发生。,功转化为热就是有规律的宏观运动转变为分子的无序热 运动,这种转变的概率极大,可以自动发生。相反, 热转化为功的概率极小,因而实际上不可能自动发生。,(3) 功热转换,二. 熵 熵增原理,1. 熵,熵是系统状态的单值函数,(1)宏观上,满足可加性:,(2)微观上,熵是系统微观态数的函数,微观态数满足相乘法则:,玻耳兹曼熵公式,k 为玻耳兹曼常数,2. 熵
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