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1、13-8 13-8 热力学第二定律的统计热力学第二定律的统计意义意义物理学物理学第五版第五版第十三章第十三章 热力学基础热力学基础第第 十十 章章 波波 动动MECHANICAL WAVES 热热热热 力力力力 学学学学 基基基基 础础础础第第第第 十十十十 三三三三 章章章章113-8 13-8 热力学第二定律的统计热力学第二定律的统计意义意义物理学物理学第五版第五版第十三章第十三章 热力学基础热力学基础 本节内容概要本节内容概要 本节教学要求本节教学要求了解了解热力学第二定律的统计意义。热力学第二定律的统计意义。了解了解玻耳兹曼关系式玻耳兹曼关系式。熵与无序熵与无序 无序度和微观状态数无序
2、度和微观状态数 熵与热力学概率熵与热力学概率 玻耳兹曼关系式玻耳兹曼关系式213-8 13-8 热力学第二定律的统计热力学第二定律的统计意义意义物理学物理学第五版第五版第十三章第十三章 热力学基础热力学基础无序无序有序有序热功转换热功转换完全完全功功不不完全完全热热 热力学第热力学第二二定律的定律的实质实质:自然界一自然界一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的逆的。一一 熵与无序熵与无序313-8 13-8 热力学第二定律的统计热力学第二定律的统计意义意义物理学物理学第五版第五版第十三章第十三章 热力学基础热力学基础非非自发传热自发传热自发传热自发传热高
3、温物体高温物体低温物体低温物体热传导热传导非均匀、非平衡非均匀、非平衡均匀、平衡均匀、平衡扩散过程扩散过程自发自发外力压缩外力压缩自然过程向着无序度增大的方向进行自然过程向着无序度增大的方向进行 413-8 13-8 热力学第二定律的统计热力学第二定律的统计意义意义物理学物理学第五版第五版第十三章第十三章 热力学基础热力学基础 不可逆过程的本质不可逆过程的本质 一切自发过程的普遍规律一切自发过程的普遍规律 概概率小状态率小状态概概率大状态率大状态二二 无序度和微观状态数无序度和微观状态数热力学概率小状态热力学概率大状态热力学概率小状态热力学概率大状态热力学概率热力学概率W：与一宏观态相对应的与
4、一宏观态相对应的微观状态数。微观状态数。513-8 13-8 热力学第二定律的统计热力学第二定律的统计意义意义物理学物理学第五版第五版第十三章第十三章 热力学基础热力学基础 讨论讨论 个粒子在空间的分布问题个粒子在空间的分布问题 （可分辨粒子集中在（可分辨粒子集中在左左空间概率）空间概率）613-8 13-8 热力学第二定律的统计热力学第二定律的统计意义意义物理学物理学第五版第五版第十三章第十三章 热力学基础热力学基础集中集中左左空间：空间：均匀均匀分布：分布：N=4 各分布状态各分布状态总数总数：第第 种分布的种分布的可能可能状态数状态数 N 1 2 4 N W（左）（左）P（左（左）071
5、3-8 13-8 热力学第二定律的统计热力学第二定律的统计意义意义物理学物理学第五版第五版第十三章第十三章 热力学基础热力学基础三三 玻耳兹曼关系式玻耳兹曼关系式非非自发传热自发传热自发传热自发传热高温物体高温物体低温物体低温物体热传导热传导非均匀、非平衡非均匀、非平衡均匀、平衡均匀、平衡813-8 13-8 热力学第二定律的统计热力学第二定律的统计意义意义物理学物理学第五版第五版第十三章第十三章 热力学基础热力学基础 （2）熵是孤立系统无序度的量度熵是孤立系统无序度的量度：平衡平衡态熵最大态熵最大；W 愈大，愈大，S 愈高，系统有序度愈愈高，系统有序度愈差差。（1）熵概念建立：热力学第二定律
6、得到熵概念建立：热力学第二定律得到统一的定量表述统一的定量表述。说明说明913-8 13-8 热力学第二定律的统计热力学第二定律的统计意义意义物理学物理学第五版第五版第十三章第十三章 热力学基础热力学基础负熵负熵 有序度有序度 生命科学生命科学：熵的高低反映生命力的强弱熵的高低反映生命力的强弱。信息论信息论：负熵是信息量多寡的量度负熵是信息量多寡的量度。环境学环境学：负熵流与环境负熵流与环境。1013-8 13-8 热力学第二定律的统计热力学第二定律的统计意义意义物理学物理学第五版第五版第十三章第十三章 热力学基础热力学基础玻耳兹曼墓碑玻耳兹曼墓碑1113-8 13-8 热力学第二定律的统计热
7、力学第二定律的统计意义意义物理学物理学第五版第五版第十三章第十三章 热力学基础热力学基础耗耗 散散 结结 构构 （1）宇宙真的正在走向死亡吗？宇宙真的正在走向死亡吗？实际宇宙万物，宇宙发展充满了无序实际宇宙万物，宇宙发展充满了无序到有序的发展变化到有序的发展变化。（2）生命过程的自组织现象生命过程的自组织现象 生物体的生长和物种进化是从无序到生物体的生长和物种进化是从无序到有序的发展有序的发展。1213-8 13-8 热力学第二定律的统计热力学第二定律的统计意义意义物理学物理学第五版第五版第十三章第十三章 热力学基础热力学基础 （3）无生命世界的自组织现象无生命世界的自组织现象 云、雪花、太阳
8、系、化学实验、热对云、雪花、太阳系、化学实验、热对流、激光等流、激光等。开放系统：和外界有能量交换和物开放系统：和外界有能量交换和物质交换的系统。质交换的系统。（4）开放系统的熵变开放系统的熵变开放系统熵的变化开放系统熵的变化1313-8 13-8 热力学第二定律的统计热力学第二定律的统计意义意义物理学物理学第五版第五版第十三章第十三章 热力学基础热力学基础系统内部不可逆过程所产生的熵系统内部不可逆过程所产生的熵增加增加系统与外界交换能量或物质而引系统与外界交换能量或物质而引起的熵流起的熵流孤立系统孤立系统开放系统开放系统1413-8 13-8 热力学第二定律的统计热力学第二定律的统计意义意义物理学物理学第五版第五版第十三章第十三章 热力学基础热力学基础15