热力学第二定律的微观解释

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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。

有序和无序

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。有序和无序是相对的。

在热力学中,序可以理解为区分度的意思。

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。

热力学第二定律的统计表述

孤立系统内部所发生的过程总是从包含微观态数少的宏观态向包含微观态数多的宏观态过渡,从热力学几率小的状态向热力学几率大的状态过渡。自然过程总是向着使系统热力学几率增大的方向进行。

注意:微观状态数最大的平衡态状态是最混乱、最无序的状态。一切自然过程总是沿着无序性增大的方向进行。

热力学第二定律的适用范围

1、适用于宏观过程对微观过程不适用,如布朗运动不适用。

2、孤立系统有限范围,对整个宇宙不适用。

1、熵与熵增加原理:“熵” 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。如果系统能量完全均匀地分布,那么这个系统的熵就达到最大值。

2、“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。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”。

3、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。

4、熵增加原理: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。

可爱的熵

高中物理知识点总结

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