新課標(biāo)人教版3-3選修三105熱力學(xué)第二定律的微觀解釋3(編輯修改稿)
2024-12-23 19:34 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 熵 ” 就是微觀粒子的無(wú)序程度、能量差別的消除程度。 在克勞修斯看來(lái)，在一個(gè)封閉的系統(tǒng)中，運(yùn)動(dòng)總是從有序到無(wú)序發(fā)展的。 比如，把一塊冰糖放入水中，結(jié)果整杯水都甜了。這就是說(shuō)，糖分子的運(yùn)動(dòng)擴(kuò)展到了整杯水中，它們的運(yùn)動(dòng)變得更加無(wú)序了。對(duì)于一個(gè)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(gè)水庫(kù)，如果把它們連接起來(lái)，那么，重力就會(huì)使一個(gè)水庫(kù)的水面降低，而使另一個(gè)水庫(kù)的水面升高，直到兩個(gè)水庫(kù)的水面均等，勢(shì)能取平為止。 克勞修斯總結(jié)說(shuō)，自然界中的一個(gè)普遍規(guī)律是：運(yùn)動(dòng)總是從有序到無(wú)序，能量的差異總是傾向變成均等，也即 “ 熵將隨著時(shí)間而增大 ” 。 熵和系統(tǒng)內(nèi)能一樣都是一個(gè)狀態(tài)函數(shù)，僅由系統(tǒng)的狀態(tài)決定。從分子運(yùn)動(dòng)論的觀點(diǎn)來(lái)看，熵是分子熱運(yùn)動(dòng)無(wú)序 (混亂 )程度的定量量度。 S=KlnΩ 一個(gè)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(guò)程中，系統(tǒng)的熵是增加的。 在絕熱過(guò)程或孤立系統(tǒng)中，熵是增加的，叫做熵增加原理。對(duì)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(xué)第二定律是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律：一個(gè)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(wú)序，所以自發(fā)的宏觀過(guò)程總是向無(wú)序程度更大的方向發(fā)展。 ? 可愛(ài)的熵 ? 物理學(xué)中有個(gè)熵定律，也就是著名的熱力學(xué)第二定律。 熵的增加表示宇宙物質(zhì)的日益混亂和無(wú)序，是無(wú)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(shí)也意味著生命本身的展開(kāi) ──不論是有機(jī)的，還是無(wú)機(jī)的生命?？ㄞr(nóng)、喬治 〃 梅特勒的大爆炸學(xué)說(shuō)也認(rèn)為，宇宙是以有序的狀態(tài)開(kāi)始，不斷地向無(wú)序狀態(tài)發(fā)展，它與熱力學(xué)第二定律是相符的。熱力學(xué)第一定律說(shuō)明能量是守恒的、不滅的，只能從一種形式轉(zhuǎn)變到另一種形式；熱力學(xué)第二定律（熵定律）卻表明：能量不可逆轉(zhuǎn)地沿著一個(gè)方向轉(zhuǎn)化，即從對(duì)人類來(lái)說(shuō)是可利用的變?yōu)椴豢衫玫臓顟B(tài)。 ? 有效能量告罄時(shí)，是 “ 熱寂 ” ──死寂的熱平衡狀態(tài)。 有效物質(zhì)耗盡時(shí)，是一片 “ 物質(zhì)混亂 ” ──整個(gè)宇宙的大混亂和大混沌。 古羅馬詩(shī)人賀拉斯說(shuō)： “ 時(shí)間磨滅了世界的價(jià)值！ ” 可謂一語(yǔ)道破了熵定律的真諦。 物理學(xué)家們認(rèn)為，熵定律是物質(zhì)世界的最終定律，人類參與的每一項(xiàng)物質(zhì)活動(dòng)都受到熱力學(xué)第一、第二定律的嚴(yán)密制約；但是，他們 又認(rèn)為熵定律只涉及物質(zhì)世界，只控制時(shí)空的橫向世界，人類的精神世界并不受熵定律的
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