2017-2018学年人教A版选修3-3热力学第二定律的微观解释 第1课时 教案
2017-2018学年人教A版选修3-3热力学第二定律的微观解释  第1课时 教案第2页

  种方式。具体分布如下:

  (0,4)(0,abcd)

  ( l,3)[(a,bcd),(b,acd),(c,abd),(d,abc)]

  (2,2)[(ab,cd),(ac,bd),(ad,bc),(bc,ad),(bd,ac),(cd,ab)]

  (3,l)[(bcd,a),(acd,b),(abd,c),(abc,d)]

  (4,0)(abcd,0)

  上面的分布表达中,如(2,2)表示一个宏观态(即A、B两室内各有2个分子但不区分具体分子)而(ab,cd)表示一个微观态(a和b分子在A室内,c和d分子在B室内)由上表可清楚地看出,不同的宏观态包含着不同数量的微观态,其中以A、B两室各有2个分子的宏观态包含的微观态数目最多(6个)而以4个分子全部分布在A室或全部分布在B室的宏观态所包含的微观态数目最少(都是1个)。

  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。

2、气体向真空的扩散

  教师引导学生阅读教材有关内容。

教师讲解:一个箱子被挡板分为左、右两室,假设左室气体只有a,b,c,d 4个分子,右室为真空,撤去挡板后,气体由左向右扩散,由于各个微观态出现的概率是一样的,从宏观上看,我们看到"左2右2"这种均匀分布的可能性最大,而分子重新集中在一个室中,另一个室变成真空的可能性小。而实际上,气体系统中分子个数相当多,因此,撤去挡板后实际上我们只能看到气体向真空中扩散,而不可能观察到气体分子重新聚集在一室的现象。

  从无序的角度上看,热力学系统是由大量作无序运动的分子组成的,因为任何热力学过程都伴随着分子的无序运动状态的变化,当撤去挡板的一瞬间,分子仍聚集在左室,对于左右两室这一个整体来讲,这显然是一种高度有序的分布,当气体分子自由扩散后,气体系统就变得无序了,因此,气体的自由扩散过程是沿着无序性增大的方向进行的,因此,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。这就是热力学第二定律的微观意义。

3、熵

  教师引导学生阅读教材有关内容。

教师讲解:一个宏观状态对应的微观状态的多少是一个非常重要的物理量,它标志着这个系统宏观态的无序程度,从中还可以知道系统将朝什么方向发展,物理学中就用Ω来表示一个宏观态所对应的微观态的数目。例如在炒地皮的过程中,某个人将抓到的牌按照黑桃、红桃、草花、方块的顺序但没有按照从小到大的顺序排列,那么他所抓到的牌可能有多种排列方式,这些排列方式的数目就等于Ω

说明:为了研究的方便,在物理学中引入了一个熵的概念,用符号S表示。熵和Ω之间存在如下的关系(S=klnΩ,其中k是一个常数称之为玻耳兹曼常数,ln是自然对数符号)。在自发过程中,是由有序向无序发展,Ω、S都要增大。因此在引入熵这个概念以后,关于自发过程的方向性就可以表述为:在任何自然过程中,一个孤立系统的总熵不会减少。这就是用熵表示的热力学第二定律,为此,不少人也把热力学第二定律称