五、有序、無序和熵第1頁1.知道在包括熱現象宏觀過程中能量耗散與退化現象。2.初步了解熵增加原理物理意義,知道在自然界自發過程中,系統無序程度總是不停地增加。3.能用熱力學第二定律或熵增加原了解釋身邊一些簡單現象。4.了解熱力學溫度要求及絕對零度不可能到達結論。第2頁一二三四一、能量耗散與退化在自然界種種改變中,能量總值即使保持不變(守恒),不過能量可被利用價值卻越來越小,或者說能量品質在逐步降級,這就是能量耗散與退化。當我們開發利用地球上能源時,并不會降低地球上能量,而是將能源中高度有用能量形式降低為不大可用能量形式。使用電爐時,電能轉化為內能,這個系統能否依靠本身作用(自發地)回到原來狀態?提醒:不能,除非系統靠外界幫助。而“外界幫助”將更多地消耗其它形式能,產生出更多內能。第3頁一二三四二、絕對零度不可到達1.絕對零度宇宙中存在著溫度下限:-273.15℃,即絕對零度。2.熱力學溫度熱力學溫度用T表示,單位是開爾文,符號是K,熱力學溫度T與攝氏溫度t之間換算關系是T=t+273.15K。

3.熱力學第三定律對大量事實研究分析表明,不可能經過有限過程把物體冷卻到絕對零度。第4頁一二三四三、熵增加原理任何孤立系統,它總熵永遠不會減小;或者說,自然界一切自發過程,總是朝著熵增加方向進行。第5頁一二四三四、有序向無序轉化1.熵熵是表征系統無序程度物理量,熵越大,系統無序程度越高。2.有序和無序系統自發過程總是從有序變為無序;從微觀角度說,熱傳遞過程也是從比較有序狀態變成比較無序狀態。第6頁一二一、熵與熵增加原理了解“熵”是什么?“熵”是德國物理學家克勞修斯創造一個術語,他用熵來表示任何一個能量在空間分布均勻程度。能量分布得越均勻,熵就越大。假如對于我們所考慮那個系統來說,能量完全均勻地分布,那么這個系統熵就到達最大值。簡單地說,“熵”就是微觀粒子無序程度、能量差異消除程度。第7頁一二在克勞修斯看來,在一個封閉系統中,運動總是從有序到無序發展。比如,把一塊冰糖放入水中,結果整杯水都甜了。這就是說,糖分子運動擴展到了整杯水中,它們運動變得愈加無序了。對于一個封閉系統,能量差也總是傾向于消除。比如,有水位差兩個水庫,假如把它們連接起來,那么,重力就會使一個水庫水面降低,而使另一個水庫水面升高,直到兩個水庫水面相等,勢能取平為止。克勞修斯總結說,自然界中一個普遍規律是:運動總是從有序到無序,能量差異總是傾向變成均等,也即“熵將伴隨時間而增大”。第8頁一二二、熱力學溫度認識熱力學溫度單位是開爾文,簡稱開,符號是K。開爾文是為了紀念英國物理學家LordKelvin而命名。要求熱力學溫度單位開(K)與攝氏溫度單位攝氏度(℃)完全相同。1K=1℃。在表示溫度差或溫度間隔時,用K和用℃數值相同。尤其提醒攝氏溫度1

℃分格與熱力學溫度1

K分格是等價,攝氏溫度升高10

℃與熱力學溫度升高10

K是一回事,但不能說升高了283

K。第9頁類型一類型二類型三【例題1】

依據你對熵增加原理了解,舉出一些系統從有序變為無序例子。點撥:依據熵增加原理,自然界一切自發過程總是朝著熵增加方向進行,而熵是描述系統無序程度物理量。熵越大,無序程度越高,所以,熵增加就意味著系統無序程度增加,即從有序向無序方向轉化。解析:比如:燃料燃燒、氣體擴散、破鏡不能復原、覆水難收、一切生命體從生到亡等都是從有序變為無序例子。答案:看法析題后反思一切自發不可逆過程都是從有序到無序。第10頁類型一類型二類型三【例題2】

一個物體在粗糙平面上滑動,最終停頓。系統熵怎樣改變?點撥:本題考查是對熵增加原理了解和應用。解析:因為物體因為受到摩擦力而停頓運動,其動能變為系統內能,增加了系統分子無規則運動程度,使得無規則運動加強,也就是系統無序程度增加了,所以系統熵增加了。答案:看法析題后反思機械能轉化為內能,電能轉化為內能,一切能量最終歸宿都是內能,而這些內能不可再回收,所以使自然界熵增加。第11頁類型一類型二類型三【例題3】

關于熱力學溫度,以下說法正確是(

)A.-33℃=240KB.溫度改變1℃,也就是溫度改變1KC.攝氏溫度與熱力學溫度都可能取負值D.溫度由t升至2t,對應熱力學溫度升高了273K+t點撥:由T=273

K+t,即可求解這類問題。解析:T=273

K+t,由此可知:-33

℃=240

K,A正確,同時B正確;D中初態熱力學溫度為273

K+t,末態為273

K+2t,溫度改變t,故D錯誤;對于攝氏溫度可取負值范圍為-273~0

℃,因絕對零度達不到,故熱力學溫度不可能取負值,故C錯誤。答案:AB第12頁類型一類型二類型三題后反思①熟練應用T=t+273

K是處理相關攝氏溫度與熱力學溫度換算基礎。②就一個分度來說,1

℃和1

K相等,即ΔT=Δt。③對于同一個溫度來說,用不一樣溫標表示,數值不一樣,這是因為零值選取不一樣。第13頁12341以下表述正確是(

)A.熱量不能自發地從低溫物體傳到高溫物體B.依據物質不滅原理,一切自然過程都應該是可逆,可回轉C.熱力學第一定律又叫作熵增加原理D.在任何自然過程中,一個孤立系統總熵不會降低答案:AD第14頁12342下面關于熵說法錯誤是(

)A.熵是系統內分子運動無序性量度B.在自然過程中熵總是增加C.熱力學第二定律也叫作熵減小原理D.熵值越大代表著越無序解析:假如過程是可逆,則熵不變;假如不可逆,則熵是增加,而且一切自然過程都是沿著分子熱運動無序性增大方向進行。答案:C第15頁12343關于熱力學溫標正確說法是(

)A.熱力學溫標是一個更為科學溫標B.熱力學溫標零度為-273.15℃,叫絕對零度C.氣體溫度趨近于絕對零度時其體積為零D.在絕對零度附近氣體已液化,所以它壓強不會為零解析:熱力學溫標在科學計算中,尤其表達在熱力學方程中,使方程更簡單,更科學,故A對;B是熱力學溫標常識,正確;氣體趨近于絕對零度時,已液化,但有體積,故其壓強不為零,C錯,D對。答案:ABD第16頁12344熱力學第二定律開爾文表述指出:內能與機械能轉化含有方向性。請結合熵改變加以解釋。答案:機械運動是宏觀情況下物體在空間位置上改變,物體運動狀態改變完全遵照牛頓運動定律所反應因果關系,這是