10.4《热力学第二定律》

高中物理| 10.4热力学第二定律的微观解释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。

1.有序和无序有序：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。

2.宏观态和微观态宏观态：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。

3.热力学第二定律的统计意义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。

在热力学中，序：区分度。

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。

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。

不可逆过程的统计性质——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。

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1/2N.对于真实理想气体系统N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。

热力学第二定律具体内容：热力学第二定律是热力学定律之一,是指热永远都只能由热处转到冷处.热力学第二定律是描述热量的传递方向的分子有规则运动的机械能可以完全转化为分子无规则运动的热能；热能却不能完全转化为机械能.此定律的一种常用的表达方式是,每一个自发的物理或化学过程总是向著熵（entropy）增高的方向发展.熵是一种不能转化为功的热能.熵的改变量等于热量的改变量除以绝对温度.高、低温度各自集中时,熵值很低；温度均匀扩散时,熵值增高.物体有秩序时,熵值低；物体无序时,熵值便增高.现在整个宇宙正在由有序趋于无序,由有规则趋于无规则,宇宙间熵的总量在增加.克劳修斯表述不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化.开尔文表述不可能从单一热源吸取热量,使之完全变为有用功而不产生其他影响.开尔文表述还可以表述成：第二类永动机不可能造成.若要简捷热能不能完全转化为机械能,只能从高温物体传到低温物体。

§ 10.4热力学第二定律【学习目标】：1.了解热传导过程的方向性。

2.了解热力学第二定律的两种不同表述，以及这两种表述的物理实质。

3.了解什么是第二类永动机，理解第二类永动机不可能制成诱思导学一、阅读P57思考与讨论，思考并讨论是不是所有符合能量守恒定律的宏观过程都能自发的发生？（能，不能）。

无数事实告诉我们，凡是实际过程中涉及到热现象，如、、、，都有特定的___。

二、热传递的方向性1.热传导的过程可以自发地由_物体向物体进行，但相反方向却不能自发地进行，即热传导具有，是一个不可逆过程。

热量Q能自发传给低温物体高温物体热量Q不能自发传给说明：①“自发地”过程就是在不受外来干扰的条件下进行的自然过程。

②热量可以自发地从高温物体传向低温物体，热量却不能自发地从低温物体传向高温物体。

③要将热量从低温物体传向高温物体，必须有“外界的影响或帮助”，就是要由外界对其做功才能完成。

电冰箱、空调就是例子。

2.热力学第二定律的第一种表述①.克劳修斯表述：三、.热机1．热机是把内能转化为机械能的装置。

其原理是热机从热源吸收热量Q1，推动活塞做功W，然后向冷凝器释放热量Q2。

由能量守恒定律可得：Q1=W+Q2我们把热机做的功和它从热源吸收的热量的比值叫做热机效率，用η表示，即η=W QW<Q 即：η< 100%2．热力学第二定律的第二种表述开尔文表述：四、第二类永动机①.设想：只从单一热源吸收热量，使之完全变为有用的功而不引起其他变化的热机。

②.第二类永动机不可能制成，表示尽管机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化成机械能而不引起其他变化；机械能和内能的转化过程具有方向性。

例题：一种冷暖两用型空调，铭牌标注：输入功率1kW，制冷能力1.2×104kJ/h，制热能力1.3×104kJ/h。

这样，该空调在制热时，每消耗1J电能，将放出3J多热量。

是指标错误还是能量不守恒？解析：都不是。

热力学第二定律热力学第二定律，也被称为熵增原理，是热力学中的重要概念和基本定律之一。

它描述了热量在自然界中的传递方向以及热能转化的限制性条件。

本文将对热力学第二定律进行详细阐述，并探讨其在热力学和其他学科中的应用。

一、热力学第二定律的基本原理热力学第二定律是基于观察到的自然现象提出的。

根据实验证明，热量不会主动从低温物体传递到高温物体，而是相反的。

热力学第二定律指出，自然界中热量的传递是不可逆的。

热量只能从高温物体传递到低温物体，使得系统的熵增加。

在熵增的过程中，系统内部的能量分布不断趋向于均匀化，形成了热力学过程中不可逆的“箭头”。

而熵则是度量系统有序程度的物理量，可以理解为系统的混乱程度。

熵增原理表明，在孤立系统中，熵总是呈现出增加的趋势，即系统越来越趋向于无序状态。

二、熵的定义和计算熵是热力学中的一个重要概念，它用数学形式来度量系统的无序程度。

根据统计力学的原理，我们可以通过系统微观状态的概率分布来计算熵。

熵的定义可以用如下的形式表示：S = -ΣPi * ln(Pi)其中，S表示系统的熵，Pi表示系统处于第i个微观状态的概率。

ln 表示自然对数。

通过计算系统的熵，我们可以了解系统的无序程度。

当系统处于有序状态时，熵的值较低；当系统处于无序状态时，熵的值较高。

三、熵增原理的应用熵增原理不仅仅适用于热力学领域，还广泛应用于其他学科和领域。

下面列举几个熵增原理的应用：1. 生态学中的熵增原理：生态系统也可以视为一个开放的热力学系统，能量和物质通过生态系统的内外界面进行交换。

熵增原理告诉我们，生态系统会逐渐演化为更加复杂的状态，且系统中的生物多样性会逐渐增加。

2. 经济学中的熵增原理：经济系统可以看作是一个开放的热力学系统，资源的有限性导致了经济系统的不可逆性。

熵增原理在经济学中的应用主要体现在资源配置的优化和效率提高方面。

3. 信息论中的熵增原理：信息论研究的是信息的传递和处理问题。

根据熵增原理，信息传递的过程中会产生噪声和失真，不可逆的信息损失是不可避免的。