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* 5 热力学第二定律的微观解释 一、有序和无序 宏观态和微观态 1．有序和无序 (1)有序：只要确定了某种规则，则符合它的就叫有序． (2)无序：不符合某种确定规则的称为无序． 2．宏观态和微观态 (1)宏观态：符合某种规定、规则的状态． (2)微观态：在宏观态下符合另外的规定、规则的状态叫这 个宏观态的微观态． (3)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．“宏观态”对应的“微观态”越多则越无序． 名师点睛：有序态指的是对应着较少微观态那样的宏观态. 二、热力学第二定律的微观解释 1．微观意义 一切自然过程总是沿着分子热运动的____________增大的 方向进行的． 无序性 2．熵 (1)概念：表示系统______________的物理量，其微小变化 量为热量与温度的比值，即ΔS＝ ΔQ . T 无序程度 (2)熵 S 与系统微观态数目Ω的关系：S＝kln Ω (3)熵是一个状态函数，仅由系统的状态决定．熵是分子热 运动无序(混乱)程度的定量量度． 3．熵增加原理 在绝热过程或孤立系统中，熵总不会减小；即在任何自然 过程中，一个孤立系统的总熵不会__________．它就是热力学 第二定律的微观表述． 减小 名师点睛：非孤立系统或非自然过程中，系统的熵可能增 加，也可能减小. 三、热力学第三定律 1．内容 －273.15 ℃ (1)绝对零度：温度的下限，为 0 K＝__________. (2)表述一：不可能通过有限的过程把一个物体冷却到绝对 零度，即绝对零度达不到． (3)表述二：当温度趋向于绝对零度时，体系的熵趋向于一 个固定的数值，而与其他性质如压强无关；即趋于绝对零度时， 系统等温可逆过程的熵变化趋于零． 2．理解 绝对零度达不到，因此绝对零度值不是测出来的，而是用 在相当接近理想状态的条件下得到的实验结果外推后，用数学 方法求得的． 1．下列过程中，可能发生的是( ) C A．某工作物质从高温热源吸收 20 kJ 的热量，全部转化为 机械能，而没有其他任何影响 B．打开一高压密闭容器，其内气体自发逸出后又自发跑进 去，恢复原状 C．利用其他手段，使低温物体的温度更低，高温物体的温 度更高 D．将两瓶不同的液体自发互溶，然后又自发地各自分开 解析：根据热力学第二定律，热量不可能从低温物体自发 地传给高温物体，而不引起其他的变化，但通过其他手段是可 以实现的，故 C 项对；内能自发地全部转化为机械能是不可能 的，故 A 项错；气体膨胀具有方向性，故 B 项错；扩散现象也 有方向性，D 项也错． 2．以下说法不正确的是( ) C A．电冰箱的食品温度比室内温度低，说明在一定条件下热 传导也可以由低温物体向高温物体进行 B．内能可以转化为机械能 C．能量的耗散否定了能量的转化与守恒定律 D．能量的耗散说明自然界的宏观过程具有方向性 解析：热量在外界条件下可以由低温物体向高温物体传递； 自然界的宏观过程都具有方向性． 3．下列说法，正确的是( ) D A．机械能和内能之间的转化是可逆的 B．气体向真空的自由膨胀是可逆的 C．如果一个“宏观态”对应的“微观态”比较多，就说明 这个“宏观态”是比较有序的 D．如果一个“宏观态”对应的“微观态”比较多，就说明 这个“宏观态”是比较无序的 解析：机械能可以全部转化为内能，而内能却不能全部转 化为机械能；气体向真空的自由膨胀是不可逆的；若一个“宏 观态”对应的“微观态”较多，则表示其无序性程度高． 4．(双选)下列说法正确的是( ) BC A．冰箱能使热量从低温物体传递到高温物体，因此不遵从 热力学第二定律 B．空调工作时消耗的电能与室内温度降低所放出的热量可 以相等 C．自发的热传导是不可逆的 D．不可能通过给物体加热而使它运动起来 解析：有外界的帮助和影响，热量可以从低温物体传到高 温物体；空调消耗的电能是热量逆向传递产生的其他影响，可 与传递的热量相等，事实上空调的能效比是大于 1 的；内能可 以转化为机械能，只是不能完全转化而不产生影响． 要点 熵增加原理的理解和应用 1．理解 (1)熵增加原理是热力学第二定律的微观表述． (2)熵是个状态函数，表示系统的无序程度，无具体表达式， 其变化量才是重点． (3)熵越大，系统无序度越高，越混乱． 2．适用范围 (1)自然过程中的孤立系统． (2)超出范围之外，系统可能会朝有序方向发展，比如人类 改造自然． 3．热力学第二定律的微观意义 从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律：一个