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高中物理熵课件教案教学目标：1. 理解熵的概念和物理意义；2. 掌握熵的计算方法；3. 了解熵在自然界中的应用。
教学重点：1. 熵的概念和物理意义；2. 熵的计算方法；3. 熵在自然界中的应用。
教学难点：1. 熵与热力学第二定律的关系；2. 熵的计算方法的应用。
教学过程：一、导入（5分钟）通过一个生活中的例子引入熵的概念，比如在冬天空调房间会感觉更暖和，这是因为热量从高温处流向低温处，熵也会增加。
二、讲解熵的概念（10分钟）1. 定义熵的概念：熵是描述系统无序程度的物理量；2. 介绍熵的单位和符号：单位为焦耳/开，符号为S；3. 解释熵的变化：系统趋向于更高的熵状态。
三、讲解熵的计算方法（15分钟）1. 计算系统熵的变化量：ΔS = Q / T；2. 讲解熵的永不递减原理：孤立系统内熵的总变化为正；3. 案例分析熵的计算方法。
四、讲解熵在自然界中的应用（10分钟）1. 熵在热力学中的应用：热力学第二定律-熵不断增加；2. 熵在生态学中的应用：自然界的生物系统趋向于高熵状态。
五、练习与讨论（10分钟）1. 学生们进行课堂练习，加深对熵计算方法的理解；2. 学生们进行小组讨论，探讨熵在日常生活中的应用。
六、总结与展望（5分钟）1. 总结本节课的重点内容：熵的概念、计算方法和应用；2. 展望下节课内容：熵在化学反应中的应用。
教学反思：本课程设计通过生活中的例子引入熵的概念，结合实例讲解熵的计算方法，并深入探讨熵在自然界中的应用，帮助学生更好地理解熵的概念和物理意义。
在教学过程中，要注重引导学生思考，激发他们的学习兴趣，提高他们的学习能力。
热力学第二定律熵的增加原理热力学第二定律是热力学中的一个重要原理，指出在孤立系统中，熵的增加是不可逆过程的一个普遍规律。
本文将介绍熵的概念、熵的增加原理以及熵增加的实际应用。
一、熵的概念熵是热力学中的一个重要概念，用来描述系统的无序程度。
熵的具体定义是系统的微观状态数目的自然对数。
简单来说，熵越大，系统的无序程度越高。
熵的单位是焦耳/开尔文（J/K），它与温度有关。
当系统的状态随机无序时，熵较大；反之，当系统有序排列时，熵较小。
二、熵增加原理熵增加原理是热力学第二定律的基本内容之一。
它指出在自然界中，熵总是趋向于增加的。
具体表现为孤立系统的熵不会减少，而是始终增加或保持不变。
这个原理可以通过热力学过程中的一个具体例子来理解。
考虑一个绝热容器内部有一个隔板将容器分成两部分，其中一部分是真空的，另一部分有气体。
当移除隔板时，气体会自发地扩散到整个容器内部，使得整个系统的无序程度增加，熵也增加了。
三、熵增加原理的实际应用熵增加原理在实际生活和工程中有广泛的应用。
以下是一些具体的应用领域：1.能源转换：熵增加原理说明了能源转换的不可逆性。
例如，在热能转换为机械能的汽车发动机中，废气的放出使得系统熵增加，从而导致能量转化的不可逆损耗。
2.生态系统：熵增加原理在生态系统中也有重要应用。
生态系统的熵增加意味着物种竞争和资源分配的不可逆性。
生态系统的正常运转需要流动性和交换性，以保持整体系统的增长和稳定。
3.信息理论：在信息理论中，熵被用来衡量信息的随机性和不确定性。
熵增加原理指出，在信息传递过程中，消息的传递会引入不可避免的噪音和损失，从而导致信息的熵增加。
四、总结热力学第二定律的熵增加原理是用来描述不可逆过程和自然趋势的一个重要原理。
熵的增加代表了系统无序程度的增加，这一原理在能源转换、生态系统和信息理论等领域都具有实际应用。
深入理解和应用熵增加原理将有助于我们更好地理解自然界的规律和进行相关的科学研究。
根据题目要求，本文按照小节的形式分别介绍了熵的概念、熵增加原理以及熵增加原理的实际应用。
熵及熵增加的概念及意义摘 要：熵是热学中一个及其重要的物理概念。
自从克劳修斯于1865年提出熵概念以来，由于各学科之间的相互渗透，它已经超出物理学的范畴。
本文从熵的概念出发，简述了熵的概念和意义及熵增加的概念和意义，促进我们对熵的理解。
关键词：熵；熵概念和意义；一． 熵概念的建立及意义1.克劳修斯对熵概念的推导最初，克劳修斯引进态函数熵，其本意只是希望用一种新的形式，去表达一个热机在其循环过程所必须的条件。
熵的最初定义建立于守恒上，无论循环是否理想，在每次结束时，熵都回到它最初的数值。
首先将此过程限于可逆的过程。
则有0d =⎰T Q图1-1 闭合的循环过程 公式0d =⎰T Q 的成立，足以说明存在个态函数。
因此，对于任意一个平衡态，均可引入态函数——熵：从状态O 到状态A ，S 的变化为 ⎰=-A O T Q S S d 0 S 为一个常数，对应于在状态O 的S 值。
对于无限小的过程，可写上式为pV可逆)d (d T Q S = 或 可逆)d (d Q S T =在这里的态函数S 克劳修斯将其定义为熵。
不管这一系统经历了可逆不可逆的变化过程，具体计算状态A 的熵，必须沿着某一可逆的变化途径。
这里不妨以理想气体的自由膨胀为例来说明这一点。
设总体积为2V 的容器，中间为一界壁所隔开。
图1-2 气体的自由膨胀初始状态时，理想气体占据气体为1V 的左室，右室为真空气体2V 。
然后，在界壁上钻一孔，气体冲入右室，直到重新达到平衡，气体均匀分布于整个容器为止。
膨胀前后，气体温度没有变化，气体的自由膨胀显然是一个不可逆的问题。
对于此过程，是无法直接利用公式(1-1)来计算熵的变化的。
但为了便于计算，不一定拘泥于实际所经历的路线。
不妨设想一个联系初、终状态的可逆过程，气体从体积1V 扩展到2V 得等温膨胀。
在此过程中，热量Q 全部转化为功W 。
⎰⎰===TW T Q Q T T Q d 1d ⎰⎰===∆V P V V T T W T Q S d 1d 2112ln V V nR = 计算中引用了理想气体状态方程pV nRT NkT 时至今日，科学的发展远远超出了克劳修斯当时引进熵的意图及目标。
熵及熵增加的概念及
意义
熵及熵增加的概念及意义
摘 要：熵是热学中一个及其重要的物理概念。
自从克劳修斯于1865年提出熵概念以来，由于各学科之间的相互渗透，它已经超出物理学的范畴。
本文从熵的概念出发，简述了熵的概念和意义及熵增加的概念和意义，促进我们对熵的理解。
关键词：熵；熵概念和意义；
一． 熵概念的建立及意义
1.克劳修斯对熵概念的推导
最初，克劳修斯引进态函数熵，其本意只是希望用一种新的形式，去表达一个热机在其循环过程所必须的条件。
熵的最初定义建立于守恒上，无论循环是否理想，在每次结束时，熵都回到它最初的数值。
首先将此过程限于可逆的过程。
则有
0d =⎰T Q
图1-1 闭合的循环过程 公式0d =⎰T Q 的成立，足以说明存在个态函数。
因此，对于任意一个平衡态，均可引入态函数——熵：从状态O 到状态A ，S 的变化为 ⎰=-A
O T Q S S d 0 S 为一个常数，对应于在状态O 的S 值。
对于无限小的过程，可写上式为
可逆)d (
d T
Q S = 或
p
V
可逆)d (d Q S T =
在这里的态函数S 克劳修斯将其定义为熵。
不管这一系统经历了可逆不可逆的变化过程，具体计算状态A 的熵，必须沿着某一可逆的变化途径。
这里不妨以理想气体的自由膨胀为例来说明这一点。
设总体积为2V 的容器，中间为一界壁所隔开。
图1-2 气体的自由膨胀
初始状态时，理想气体占据气体为1V 的左室，右室为真空气体2V 。
然后，在界壁上钻一孔，气体冲入右室，直到重新达到平衡，气体均匀分布于整个容器为止。
膨胀前后，气体温度没有变化，气体的自由膨胀显然是一个不可逆的问题。
对于此过程，是无法直接利用公式(1-1)来计算熵的变化的。
但为了便于计算，不一定拘泥于实际所经历的路线。
不妨设想一个联系初、终状态的可逆过程，气体从体积1V 扩展到2V 得等温膨胀。
在此过程中，热量Q 全部转化为功W 。
⎰⎰===T
W T Q Q T T Q d 1d ⎰⎰===∆V P V V T T W T Q S d 1d 211
2ln V V nR = 计算中引用了理想气体状态方程
pV = nRT = NkT
时至今日，科学的发展远远超出了克劳修斯当时引进熵的意图及目标。
熵作为基本概念被引入热力学，竟带来了科学的深刻变化，拓展了物理内容，这是克劳修斯所没有预料到的。
2.熵的概念 熵，热力学中表征物质状态的参量之一，用符号S 表示，其物理意义是体系混乱程度的度量。
3.熵的性质及意义
自然界中所有不可逆的过程不仅不能反向进行，而且在不引起其它条件的变化下，用任何方式也不能回到原来状态，这就表明，自发过程单向性或不可逆性并不由过程进行的方式和路径决定，而是由系统的初、终状态决定。
所以，根据态函数的定义，不可逆的过程的单向性或不可逆性具有以上态函数的性质，因而熵就是用来表征这个态函数。
熵的单位J/K 。
熵具有以下两个性质：
（1）熵是一个广延量，具有相加性。
体系的总熵等于体系各部分的熵的总和。
（2）体系熵的变化可分为两部分：一部分是由体系和外界环境间的相互作用引起的。
另一部分是由体系内部的不可逆过程产生的。
熵的物理意义可以这样来理解，在孤立的体系中进行不可逆的过程，总包含有非平衡态向平衡态进行的过程，平衡态与非平衡态比较，系统内运动的微观粒子更为有序，因此，系统的熵增加过程与从有序态向无序态转变有联系。
熵越大的态，系统内热运动的微观粒子越混乱无序，因此，熵是分子热运动混乱度的量度。
系统熵增加表征系统内分子无规则运动混乱度增加，这就是熵的物理意义。
初次接触熵的概念会觉得它比较抽象，很难透彻的理解，但熵概念的诞生是很重要的，它不仅在于可以将热力学第二定律以定量的形式表述出来，如今，历史赋予了熵越来越重要的使命，随着科技不断发展，其作用，影响遍布于各个方面，越来被人们所关注，所借用。
所以对熵概念的学习也显示出了重要的意义。
有人说，熵概念产生的重要性毫不低于能量概念的产生。
二．熵增加原理
1.克劳修斯对熵增加原理的证明 根据卡诺定理不可逆的热机效率始终小于可逆的热机效率即
1
21211T T Q Q -≤-
=η 即 01
212≤-Q Q T T 将上式乘21/T Q ，则得
02
211≤-T Q T Q 如果把Q 视为代数量，规定吸热为正，放热为负，则上式应该写成
02
211≤+T Q T Q 可以证明，对于任意一个不可逆的循环过程，有
⎰<0d T Q
此式称为克劳修斯不等式。
1865年，克劳修斯用下述方法证明了熵增加原理他考虑一个由状态1到状态2的不可逆过程和从状态2返回到状态1的可逆过程构成的不可逆循环过程可得
0d d 1
212<+⎰⎰T Q T Q r 式中Q d 是不可逆过程中所吸收的微热量，r dQ 是可逆过程中所吸收的微热量。
211
2d S S T Q r -=⎰ 其中1S 和2S 分别为系统在初态和终态的熵，代入即得：
1221d S S T Q -<⎰
这里一个任意的不可逆过程所应遵从的不等式，是不可逆过程的热力学第二定律的数学表述。
图2-1 证明熵增加原理用图
假如不可逆过程是绝热的，即0d =Q ，则化为 12S S >
这就是说，经过一个不可逆绝热过程，熵的数值增加了。
O
p V
假如可逆过程是绝热的，即0d =r Q ，则由⎰=-2
112d T
Q S S 式得 12S S =
这就是说，可逆绝热过程，熵的数值不变，即为等熵过程。
把以上两种情况结合起来，如果过程是可逆的，则熵的值不变；如果过程不可逆，则熵的值增加。
即
0≥∆S
对可逆的绝热过程，0=∆S ；对不可逆的绝热过程，0>∆S 。
所以熵增加原理常表述为：一个孤立系统的熵永不减少。
2.熵增加原理的意义
我们知道，绝热的不可逆过程总是朝向熵增大方向进行；绝热的可逆过程则是沿等熵线方向进行。
由此可推论出：绝热的孤立系统，其中的自发过程都不可逆。
因此，自发过程总是朝向熵的增大方向进行。
所以据此可以判据孤立系统自发过程的方向。
自发过程是由非平衡态向平衡态进行的过程，达到平衡态时就停止了。
所以，平衡态时，熵达到极大值。
就是说，不可逆的过程进行限度为到达熵极大值为止。
利用熵增加原理，我们可以推断任何不可逆过程进行的方向。
然而，热现象中的不可逆过程并不一定都是绝热的，在不绝热的过程中，系统的熵不一定增加。
为了判断非绝热的不可逆过程进行的方向，原则上我们可将系统和外界视作一个大孤立系统。
处于非平衡态的系统，原则上我们可将它分成许多宏观小的部分，而每一小部分都可近似地认为处于平衡态。
现在如果将各个小部分的熵加起来，则便得到整个系统在非平衡态下的熵，于是熵增加原理也就有了确切的意义。
