五、有序、无序和熵

有序、无序和熵1.了解有序和无序，宏观态和微观态的概念。

2.了解热力学第二定律的微观意义。

3.了解熵的概念，知道熵是反映系统无序程度的物理量。

4.知道随着条件的变化，熵是变化的。

诱思导学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.热力学第二定律的微观意义一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。

4.熵和系统内能一样都是一个状态函数，仅由系统的状态决定。

从分子运动论的观点来看，熵是分子热运动无序(混乱)程度的定量量度。

一个系统的熵是随着系统状态的变化而变化的。

在自然过程中，系统的熵是增加的。

在绝热过程或孤立系统中，熵是增加的，叫做熵增加原理。

对于其它情况，系统的熵可能增加，也可能减小。

从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律：一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，而熵值较大代表着较为无序，所以自发的宏观过程总是向无序程度更大的方向发展。

典例探究例1 一个物体在粗糙的平面上滑动，最后停止。

系统的熵如何变化？解析：因为物体由于受到摩擦力而停止运动，其动能变为系统的内能，增加了系统分子无规则运动的程度，使得无规则运动加强，也就是系统的无序程度增加了，所以系统的熵增加。

友情提示：本题考查的是对熵增加原理的理解和应用。

课后问题与练习点击：1.解析：①全是甜的，对应的微观态1个，宏观态出现的概率是1/32；②全是咸的，对应的微观态1个，宏观态出现的概率是1/32；③1甜4咸，对应的微观态5个，宏观态出现的概率是5/32；④4甜1咸，对应的微观态5个，宏观态出现的概率是5/32；⑤2甜3咸，对应的微观态10个，宏观态出现的概率是10/32；⑥3甜2咸，对应的微观态10个，宏观态出现的概率是10/32；2.解析：(1)概率(2)概率(3)概率(4)无序性增大了3.略基础训练1.一定质量的气体被压缩，从而放出热量，其熵怎样变化？2.保持体积不变，将一个系统冷却，熵怎样变化？多维链接1.熵与熵增加原理"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。

导入新课前面我们已经学习了热力学第二定律，下面让我们来复习一下。

热力学第二定律的发展史克劳修斯（1822-1888）曾任德国柏林皇家工学校物理教授1850年，克劳修斯在卡诺的基础上统一了能量守恒和转化定律与卡诺原理，指出：一个自动运作的机器，不可能把热从低温物体移到高温物体而不发生任何变化，这就是热力学第二定律。

1851年，开尔文又提出：不可能从单一热源取热，使之完全变为有用功而不产生其他影响；或不可能用无生命的机器把物质的任何部分冷至比周围最低温度还低，从而获得机械功。

这就是热力学第二定律的“开尔文表述”。

奥斯特瓦尔德则表述为：第二类永动机不可能制造成功。

开尔文（1824-1907）毕业于剑桥大学聘为格拉斯哥大学自然哲学教授长达50年，曾任法国科学院院士，英国皇家学会会长那么热力学第二定律到底是描述什么物理现象的呢？下面让我们来认识一下它定义热力学第二定律热力学第二定律常见的两种表述：（1）按热传递的方向性来表述：不可能使热量从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化．（克劳修斯表述）（2）按机械能与内能转化过程的方向性来表述：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化．（开尔文表述）物理意义1.两种表述是等价的可以从一种表述导出另一种表述，两种表述都称为热力学第二定律2.热力学第二定律使人们认识到,自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。

它揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性，是成为独立于热力学第一定律的一个重要的自然规律。

第二章能量的守恒与耗散教学目标1. 知识与能力✓知道在涉及热现象的宏观过程中的能量耗散与退化现象✓了解熵以及熵增加原理的物理意义2 . 过程与方法✓能用热力学第二定律和熵增加原理解释现象✓了解热力学温度的规定3. 情感态度与价值观✓能用熵增加原理解释身边一些简单的现象。

✓培养热爱生活的情趣熵及熵增加原理的物理意义利用熵增加原理解释一些简单的物理现象教学重难点重点难点本节导航1﹑能量的耗散与退化2﹑绝对零度不可能达到3﹑熵增加原理4、有序向无序的转化1.能量的耗散与退化引入自然界中的种种变化，能量的总值虽然不变，但是能量可被利用的价值却是越来越小，即能量的品质在逐渐降级。

五、有序、无序和熵-人教版选修1-2教案1. 学习目标本节课程的学习目标是：1.了解熵的基本概念；2.掌握如何计算熵的方法；3.理解有序和无序的概念，以及它们与熵的关系；4.能够运用熵的概念解释物质变化和自然现象。

2. 学习重点本节课程的学习重点是：1.熵的概念和计算方法；2.有序、无序的概念及其在化学、物理、生态等领域的应用。

3. 学习难点本节课程的学习难点是：1.熵的概念和计算方法；2.熵的应用，尤其是在自然现象和生态系统中的应用。

4. 学习内容4.1 熵的概念1.熵的定义在热力学中，熵是一个重要的物理量。

它表示了一个系统中的无序程度。

熵越高，系统越无序。

2.熵的单位熵的单位是焦耳/开尔文（J/K）。

4.2 熵的计算方法1.熵的计算公式熵可以通过以下公式计算：$$S = k\\ln{W}$$其中，S表示熵，k表示玻尔兹曼常数，W表示系统的微观状态数。

2.熵变的计算公式如果一个系统发生了变化，那么它的熵也会相应地发生变化。

熵变可以通过以下公式计算：$$\\Delta S= S_{\\mathrm{final}} - S_{\\mathrm{initial}}$$其中，$\\Delta S$表示熵变，$S_{\\mathrm{final}}$和$S_{\\mathrm{initial}}$分别表示系统在变化前后的熵。

4.3 有序和无序的概念1.有序和无序的定义在熵的概念中，有序通常指的是一个系统的元素、粒子、分子或者结构遵循一定的规则或者排列方式。

无序则相反。

2.有序、无序和熵的关系有序和无序的程度会影响一个系统的熵。

一般来说，有序的结构或排列方式会让系统的熵更低，而无序的结构或排列方式会让系统的熵更高。

4.4 熵的应用1.熵与物质变化在物质变化的过程中，熵常常发生变化。

例如，化学反应中的熵变可以影响反应的进程。

在火箭发动机燃烧时，熵的变化也会影响火箭的推进力。

2.熵与自然现象自然界中的一些现象也可以通过熵的概念来解释。

第5节初_识_熵一、对熵的认识1．方向性不可逆过程总是系统从有差异的状态向无差异的均匀状态过渡，从有规则向无规则过渡，从集中向分散过渡。

2．有序、无序把系统的有差异的不均匀、有规则、集中说成有序，把系统的无差异的均匀、无规则、分散说成无序。

3．熵代表系统的无序性程度。

无序性大，熵大；无序性小，熵小。

二、熵增原理1．内容孤立系统的熵总是增加的，或者孤立系统的熵总不减少。

2．公式(1)ΔS表示过程中熵的变化，则熵增原理可以表示为：ΔS≥0。

(2)ΔS＝0表示系统处于平衡态，ΔS>0表示孤立系统的任何一个过程熵总是增加的。

3．适用条件孤立系统。

1．判断：(1)热传递的后果总是使得系统的温度分布趋于均匀化。

()(2)同一种物质在不同的状态下熵值一样。

()(3)孤立系统中的气体与外界无能量交换。

()答案：(1)√(2)×(3)√2．思考：刚买的扑克牌按花色及大小规则排列，我们打牌时要洗牌，让其混乱，哪种情况熵更小一些？提示：新牌熵小些，因为按花色及大小有序、有规则排列，故新牌的熵更小些。

1.有序与无序所谓有序，是指事物内部的要素或事物之间有规则的联系和运动转化；无序是指事物内部各种要素或事物之间混乱而无规则的组合和运动变化。

2．扩散、热传递的微观解释(1)扩散：扩散过程中气体分子完全打破了原来的有序分布，变得较为无序。

即从微观角度看，扩散现象实质上是系统向无序程度增加的方向进行的过程。

(2)热传递：高温物体中的分子平均动能大，低温物体中分子平均动能小。

两物体接触前，这些分子有序地按平均动能大小分居两处。

让两物体接触经一段时间后，高温物体温度降低，分子平均动能减小，低温物体的温度升高，分子平均动能增大，最后达到同一温度。

两物体的分子平均动能也变成一个中间值，运动较快的分子不再同运动较慢的分子隔开，分子的运动变得较为无序。

可见，热传递实质上也是向无序程度增加的方向进行的过程。

3．热力学第二定律的微观本质一切不可逆过程总是沿着大量分子热运动无序程度增大的方向进行。