第5節(jié) 熱力學(xué)第二定律的微觀解釋 第6節(jié) 能源和可持續(xù)發(fā)展
1.理解有序和無(wú)序、宏觀態(tài)和微觀態(tài)的概念. 2.理解熱力學(xué)第二定律的微觀意義,了解熵的概念及用熵的概念表示的熱力學(xué)第二定律. 3.了解什么是能量耗散和品質(zhì)降低,認(rèn)識(shí)能源和環(huán)境與人類生存的關(guān)系,知道可持續(xù)發(fā)展的重大意義,增強(qiáng)保護(hù)環(huán)境的意識(shí).

一、熱力學(xué)第二定律的微觀解釋
1.有序、無(wú)序:一個(gè)系統(tǒng)的個(gè)體按確定的某種規(guī)則,有順序地排列即有序;個(gè)體分布沒有確定的要求,“怎樣分布都可以”即無(wú)序.
2.宏觀態(tài)、微觀態(tài):系統(tǒng)的宏觀狀態(tài)即宏觀態(tài),系統(tǒng)內(nèi)個(gè)體的不同分布狀態(tài)即微觀態(tài).
3.熱力學(xué)第二定律的微觀意義:一切自發(fā)過(guò)程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無(wú)序性增大的方向進(jìn)行.
4.熵及熵增加原理
(1)熵:表達(dá)式S=kln__Ω,k表示玻耳茲曼常量,Ω表示一個(gè)宏觀狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的微觀狀態(tài)的數(shù)目.S表示系統(tǒng)內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)無(wú)序性的量度,稱為熵.
(2)熵增加原理:在任何自然過(guò)程中,一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵不會(huì)減小.

(1)熵值越大代表著越有序.( )
(2)一個(gè)宏觀態(tài)所對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)目越多,則熵越大.( )
(3)孤立系統(tǒng)的總熵可能增大,也可能減。( )
提示:(1)× (2)√ (3)×
二、能源和可持續(xù)發(fā)展
1.能量耗散和品質(zhì)降低
(1)能量耗散:有序度較高(集中度較高)的能量轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,成為更加分散因而也是無(wú)序度更大的能量,分散到環(huán)境中無(wú)法重新收集起來(lái)加以利用的現(xiàn)象.
(2)各種形式的能量向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化是無(wú)序程度較小的狀態(tài)向無(wú)序程度較大的狀態(tài)的轉(zhuǎn)化,是能夠自動(dòng)發(fā)生、全額發(fā)生的.
(3)能量耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的自發(fā)變化過(guò)程具有方向性.
(4)能量耗散雖然不會(huì)導(dǎo)致能量總量的減少卻會(huì)導(dǎo)致能量品質(zhì)的降低,實(shí)際上是將能量從高度有用的高品質(zhì)形式降級(jí)為不大可用的低品質(zhì)形式.
2.能源和環(huán)境


既然能量是守恒的,我們?yōu)槭裁催要節(jié)約能源?
提示:能量是守恒的,但能量耗散卻導(dǎo)致能量品質(zhì)的降低,在利用它們的時(shí)候,高品質(zhì)的能量釋放出來(lái)并最終轉(zhuǎn)化為低品質(zhì)的能量.

熱力學(xué)第二定律的微觀意義
1.熱力學(xué)第二定律的微觀解釋
(1)高溫物體和低溫物體中的分子都在做無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng),但是高溫物體中分子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率要大于低溫物體.所以在高溫物體分子與低溫物體分子的碰撞過(guò)程中,低溫物體分子運(yùn)動(dòng)的劇烈程度會(huì)逐漸加劇,即低溫物體的溫度升高了,而高溫物體分子運(yùn)動(dòng)的劇烈程度會(huì)減緩,即高溫物體的溫度降低了.所以從宏觀熱現(xiàn)象角度來(lái)看,熱傳遞具有方向性,總是從高溫物體傳給低溫物體.
(2)換一種角度看,初始狀態(tài)我們根據(jù)溫度的高低來(lái)區(qū)分兩個(gè)物體,而終了狀態(tài)兩個(gè)物體上的溫度處處相同,無(wú)法區(qū)別,我們就說(shuō)系統(tǒng)的無(wú)序程度增加了.
(3)在通過(guò)做功使系統(tǒng)內(nèi)能增加的過(guò)程中,自然過(guò)程是大量分子從有序運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向無(wú)序運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過(guò)程.