高三物理熱力學第二定律的微觀解釋(編輯修改稿)
2024-12-19 11:27 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 達到最大值。 簡單的說， “ 熵 ” 就是微觀粒子的無序程度、能量差別的消除程度。 在克勞修斯看來，在一個封閉的系統(tǒng)中，運動總是從有序到無序發(fā)展的。 比如，把一塊冰糖放入水中，結果整杯水都甜了。這就是說，糖分子的運動擴展到了整杯水中，它們的運動變得更加無序了。對于一個封閉的系統(tǒng)，能量差也總是傾向于消除的。比如，有水位差的兩個水庫，如果把它們連接起來，那么，重力就會使一個水庫的水面降低，而使另一個水庫的水面升高，直到兩個水庫的水面均等，勢能取平為止。 克勞修斯總結說，自然界中的一個普遍規(guī)律是：運動總是從有序到無序，能量的差異總是傾向變成均等，也即 “ 熵將隨著時間而增大 ” 。 熵和系統(tǒng)內(nèi)能一樣都是一個狀態(tài)函數(shù)，僅由系統(tǒng)的狀態(tài)決定。從分子運動論的觀點來看，熵是分子熱運動無序 (混亂 )程度的定量量度。 S=KlnΩ 一個系統(tǒng)的熵是隨著系統(tǒng)狀態(tài)的變化而變化的。在自然過程中，系統(tǒng)的熵是增加的。 在絕熱過程或孤立系統(tǒng)中，熵是增加的，叫做熵增加原理。對于其它情況，系統(tǒng)的熵可能增加，也可能減小。 從 微觀的角度看，熱力學第二定律是一個統(tǒng)計規(guī)律：一個孤立系統(tǒng)總是從熵小的狀態(tài)向熵大的狀態(tài)發(fā)展，而熵值較大代表著較為無序，所以自發(fā)的宏觀過程總是向無序程度更大的方向發(fā)展。 ? 可愛的熵 ? 物理學中有個熵定律，也就是著名的熱力學第二定律。 熵的增加表示宇宙物質(zhì)的日益混亂和無序，是無效能量的總和。熵本身既不是好事，也不是壞事；它意味著腐敗和混亂，但它同時也意味著生命本身的展開 ──不論是有機的，還是無機的生命?？ㄞr(nóng)、喬治 〃 梅特勒的大爆炸學說也認為，宇宙是以有序的狀態(tài)開始，不斷地向無序狀態(tài)發(fā)展，它與熱力學第二定律是相符的。熱力學第一定律說明能量是守恒的、不滅的，只能從一種形式轉變到另一種形式；熱力學第二定律（熵定律）卻表明：能量不可逆轉地沿著一個方向轉化，即從對人類來說是可利用的變?yōu)椴豢衫玫臓顟B(tài)。 ? 有效能量告罄時，是 “ 熱寂 ” ──死寂的熱平衡狀態(tài)。 有效物質(zhì)耗盡時，是一片 “ 物質(zhì)混亂 ” ──整個宇宙的大混亂和大混沌。 古羅馬詩人賀拉斯說： “ 時間磨滅了世界的價值！ ” 可謂一語道破了熵定律的真諦。 物理學家們認為，熵定律是物質(zhì)世界的最終定律，人類參與的每一項物質(zhì)活動都受到熱力學第一、第二定律的嚴密制約；但是，他們 又認為熵定律只涉及物質(zhì)世界，只控制時空的橫向世界，人類
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