2013_2014学年高中物理人教版选修3_3同步辅导与检测课件：第10章第5节热力学第二定律的微观解释.ppt

第5节　热力学第二定律的微观解释;热力学第三定律 是否存在低温的极限？1702年，法国物理学家阿蒙顿已经提到了“绝对零度”的概念．他从空气受热时体积和压强都随温度的增加而增加，设想在某个温度下空气的压强将等于零．根据他的计算，这个温度就是后来提出的摄氏温标约－239 ℃.后来，兰伯特更精确地重复了阿蒙顿实验，计算出这个温度为－270.3 ℃，并认为在这个“绝对的冷”的情况下，空气将紧密地挤在一起．他们的这个看法没有得到人们的重视．直到盖·吕萨克定律提出之后，存在绝对零度的思想才得到物理学界的普遍承认． 1848年，英国物理学家开尔文在确立热力学温标时，重新提出了绝对零度是温度的下限．;1906年，德国物理学家能斯特在研究低温条件下物质的变化时，把热力学的原理应用到低温现象和化学反应过程中，发现了一个新的规律，这个规律被表述为：“当绝对??度趋于零时，凝聚系(固体和液体)的熵(即热量被温度除的商)在等温过程中的改变趋于零．”德国著名物理学家普朗克把这一定律改述为：“当绝对温度趋于零时，固体和液体的熵也趋于零．”这就消除了熵常数取值的任意性.1912年，能斯特又将这一规律表述为绝对零度不可能达到原理：“不可能使一个物体冷却到绝对温度的零度”．这就是热力学第三定律． 在统计物理学上，热力学第三定律反映了微观运动的量子化．在实际意义上，第三定律并不像第一、二定律那样明白地告诫人们放弃制造第一种永动机和第二种永动机的意图，而是鼓励人们想方设法尽可能接近绝对零度．; 1．宏观态和微观态 当我们以系统的分子数分布而不区分具有的分子来描写的系统状态叫做热力学系统的________；如果使用分子数分布并且区分具体的分子来描写的系统状态叫做热力学系统的________． 2．如右图所示，其中右室部分为 真空．从无序的角度上看，热力学系统 是由大量做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________的方向进行的，因此，一切自然过程总是沿着分子热运动的________进行． 3．处于不同状态的物体，分子运动的无序程度__________，在物理学中，用来量度系统________的物理量叫做熵． 4．引入熵后，关于自然过程的方向性就可以表述为________________．;有序和无序、宏观态和微观态; 2．宏观态和微观态 宏观态：一个系统整体所处的状态就叫做宏观态． 微观态：宏观态系统内部各个体的不同分布状态就叫微观态，一个“宏观态”往往对应有多个“微观态”，对应的“微观态”越多，就说这个“宏观态”无序度越大．; 以一副扑克牌为例，下列关于有序、无序和宏观态、微观态的认识中不正确的是(　　) A．按黑桃、红桃、草花、方块的顺序，而且从大到小将扑克牌排列起来，扑克牌这时是有序的 B．将扑克牌按偶数和奇数分成两部分，扑克牌是无序的，每部分内部是有序的 C．一副扑克牌，这就是一个宏观态，将牌洗动一次就是一个微观态 D．一副扑克牌按偶数和奇数分成两部分，这是一个宏观态，它是一副扑克牌对应的一个微观态 E．一副扑克牌按偶数和奇数分成两部分，这是一个宏观态，从偶数部分抽出一张插入到奇数部分，它是该宏观态对应的一个微观态;解析：A中扑克牌的排列是有确定规则的，是有序的，A正确．B中将扑克牌按奇、偶分成两部分，是有确定规律的，是有序的，每部分内部排列是没有规则的，是无序的，B不正确．一副扑克牌是一个系统，是一个宏观态．洗动一次，系统内部排列不同，是这副扑克牌宏观态对应的一个微观态，C正确．将一副扑克牌分成奇、偶两部分，构成一个系统，是一个宏观态，同时．它又是一副扑克的一种排列形式，是一副扑克牌这一宏观态对应的一个微观态，D正确．从偶数部分中抽出一张插入奇数部分中，不再对应于按奇偶分成两部分的扑克牌这一宏观态，也不再是该宏观态对应的一个微观态，可以当作是一副扑克牌这一宏观态对应的微观态，E错误． 答案：BE 点评：宏观态与微观态不是绝对的，宏观态的有序性越高，其对应的微观态越少．反之，宏观态的有序性越小，其对应的微观态就越多．;变式迁移;功(机械能)可以全部转化为热(内能)，而热(内能)却不能自发地全部转化为功．具有机械能的物体可以说处在一种比较有序的状态，随着功变热过程的进行，能量的品质逐渐下降，物体无序化程度在增加，这种从有序自发地转向无序的过程，体现了自然过程的方向性，说明了功变