最新 高中物理 公开课课件 2.5有序、无序和熵课件 新人教版选修1-2
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课堂探究一、熵与熵增加原理的理解“熵”是什么?“熵”是德国物理学家克劳修斯在1850年创造的一个术语,他用熵来表示任何一种能量在空间分布的均匀程度。
能量分布得越均匀,熵就越大。
如果对于我们所考虑的那个系统来说,能量完全均匀地分布,那么这个系统的熵就达到最大值。
简单地说,“熵”就是微观粒子的无序程度、能量差别的消除程度。
在克劳修斯看来,在一个封闭的系统中,运动总是从有序到无序发展的。
比如,把一块冰糖放入水中,结果整杯水都甜了。
这就是说,糖分子的运动扩展到了整杯水中,它们的运动变得更加无序了。
对于一个封闭的系统,能量差也总是倾向于消除的。
比如,有水位差的两个水库,如果把它们连接起来,那么,重力就会使一个水库的水面降低,而使另一个水库的水面升高,直到两个水库的水面相等,势能取平为止。
克劳修斯总结说,自然界中的一个普遍规律是:运动总是从有序到无序,能量的差异总是倾向变成均等,也即“熵将随着时间而增大”。
二、热力学温度的认识热力学温度旧称绝对温度。
单位是“开尔文”,英文是“Kel v in”,简称“开”,国际代号“K”。
开尔文是为了纪念英国物理学家Lord Kel v in而命名的。
国际实用温标是以国际上所通过的一系列纯物质的固定点(如平衡氢三相点、平衡氢沸点、氧三相点、水三相点、锡凝固点等)作为基准用于标定规定的基准温度计(如铂电阻温度计和铂-10%铑/铂热电偶等)并给出相应的内插公式用于测定温度。
以绝对零度(0 K)为最低温度,规定水的三相点的温度为273.16 K,开定义为水三相点热力学温度的1/273.16。
摄氏度为表示摄氏温度时代替开的一个专门名称。
而水的三相点温度为0.01摄氏度。
因此热力学温度T与人们惯用的摄氏温度t的关系是T=t+273.15。
规定热力学温度的单位开(K)与摄氏温度的单位摄氏度(℃)完全相同。
1 K=1 ℃。
在表示温度差和温度间隔时,用K和用℃的数值相同。
摄氏温度的1 ℃的分格与绝对温度的1 K的分格是等价的,摄氏温度升高10 ℃与热力学温度升高10 K是一回事,但不能说升高了283 K。
第二章五、有序、无序和熵自然界一切涉及热现象的宏观过程都是不可逆的,每一种宏观过程的不可逆性,都可以用来作为热力学第二定律的一种表述,所以热力学第二定律的表述方法是多种多样的。
那么,能不能概括所有不可逆过程的共同本质,找出一个普遍的物理量作为共同的标准,判断各种不可逆过程的进行方向呢?能量的耗散与退化1852年,W.汤姆孙指出,在自然界发生的种种变化中,能量的总值虽然保持不变(守恒),但是能量可被利用的价值却越来越小,或者说能量的品质在逐步降级。
这就是能量的耗散与退化。
对于人类来说,内能不如机械能、电能好用,它只能部分地用于做功,总有一部分内能要散发到温度较低的环境中。
可见,内能是一种低品质的能,其他形式的能量通过摩擦、碰撞、燃烧等过程转换成内能,能量的品质就降低了。
由于宏观过程的不可逆性,一个系统的内能一旦增加,这个系统就永远无法依靠自身的作用(自发地)回到原先的状态,除非系统靠外界的帮助;而“外界的帮助”将更多地消耗其他形式的能量,产生出更多的内能来。
当我们使用地球上的能源时,并不会减少地球上的能量,而是将能源中高度有用的能量形式降低为不大可用的能量形式。
例如,开汽车时要消耗汽油,把汽油中的化学能转变成内能,而汽车排气管排出的废气带走的内能就不能利用了。
思考与讨论既然能量是守恒的,我们常说的“节约能源”又是什么意思?你能从日常生活中举出一些能量耗散与退化的例子吗?绝对零度不可达到我们在初中学过,宇宙中存在着温度的下限:-273.15℃。
热力学温度,即绝对温度,就是以这个温度下限为起点的。
热力学温度用丁表示,单位是开尔文(kelvin),符号是K。
热力学温度T与摄氏温度t(单位是℃)之间的换算关系是T=t+273.15 K1下表是我们已经知道的一些温度值。
一些实际的温度值1在表示温度的差值时.K与℃的意义相同,因此分别以K和℃为单位的物理量可以相加减。
着科学技术的发展,人们可以获得越来越低的温度。