3.4熵——系统无序程度的量度（备课件）【上好课】2021-2022学年高二物理同步备课系列（鲁科版2019选择性必修第三册）

鲁科版2019 选择性必修3 第4节 熵——系统无序程度的量度 第三章 热力学定律 一、有序与无序 与热现象有关的宏观过程都具有方向性。 如何从微观的角度来理解与热现象有关的宏观过程的方向性？ 热现象是大量分子无规则运动的结果。 一、有序与无序 通常，人们将生活中符合某种规则的现象称为有序，反之称为无序。 规则越少，一个宏观状态对应的微观状态就越多，出现的概率也越大，我们称之为越无序。 越有序 规则越多，一个宏观状态对应的微观状态越少，出现的概率越小，我们称之为越有序。 越无序 学校大会上，学生按班级、学号就座是有序的，学生随意就座是无序的。有序与无序是相对的。按班级就座相对于全校随意就座来说是有序的，但相对于既按班级又按学号顺序入座来说是无序的。 举个例子 一、有序与无序 用隔板将围栏隔成两部分，分别放养一群黑鸡和一群白鸡。如果将隔板抽去，一段时间后两群鸡会混在一起。 混合之后，鸡的位置分布变得无序，混乱程度升高了，也就是说从有序（黑白分明）变成了无序（黑白混合）。 这个过程是不可逆的，黑鸡和白鸡不可能自动分开，从无序到有序，回到原来的状态，除非这些鸡经过专门训练或用捕捉的方式，即施加外界影响。 一、有序与无序 在热传递过程中，两个温度不同的物体放在一起，热量会自动地由高温物体传到低温物体，直到二者温度相同为止。从微观角度看，高温与低温的区别，在于分子的平均动能不同。两物体接触后，内能从高温物体向低温物体传递，导致高温物体中的分子运动减慢、低温物体中的分子运动加快，直到两个物体达到相同的温度为止。此时，整个系统末态比初态更加无序。换句话说，热传递这个不可逆过程使无序程度增加了。 一、有序与无序 一、有序与无序 例如，焦耳实验中叶轮转动时，将叶轮的机械能转化为水的内能之后，水的温度升高，水分子的热运动加剧，水分子的无序程度增加。 功转变为热是机械能转化为内能的过程。机械运动遵从牛顿运动定律，有明确的因果关系，是有序的运动； 而在热运动中，分子杂乱无章地向各个方向运动，包含着大量的微观状态，是无序的运动。 机械能转化为内能的过程即为从有序向无序变化的过程。在这个过程中，分子运动变得更加混乱，无序程度增加。 可见，与热现象有关的自然发生的宏观过程总是沿着大量分子热运动无序