2.热力学第二定律 2.7熵物理意义.ppt

第二定律,返回,单击此处编辑母版标题样式目录,,药学院物理化学教研室,第七节〔含十二节〕熵的物理意义和热力学进展,（低温：分子只分布于低能级）,E,一、熵是系统紊乱度〔无序度〕的量度,（气：振动，转动，自由平动）,S,固,<,S,液,<,S,气,,（固：振动）,（液：振动，转动，有限平动）,,无序,S,低温,<,S,高温,,无序,E,（高温：分子广泛分布于各能级）,物态与熵：,温度与熵：,演示,演示,一、熵是系统紊乱度〔无序度〕的量度,（气：振动，转动，自由平动）,S,固,<,S,液,<,S,气,,（固：振动）,（液：振动，转动，有限平动）,,无序,S,低温,<,S,高温,,无序,（低温：分子只分布于低能级）,（高温：分子广泛分布于各能级）,物态与熵：,温度与熵：,压力与熵：,,S,高压,<,S,低压,,〔高压：较小的空间 低压：较大的空间〕, S别离 < S混合,,无序,,无序,排列与熵:,分子构成越复杂，,S,越大,热熵,构型熵,二、熵与热力学几率,熵与紊乱度相关，紊乱度可用热力学几率表示,1、热力学几率,分布方式,4－0,3－1,2－2,1－3,0－4,合计,实现数,1,4,6,4,16,1,数学几率,1,热力学几率：实现某一状态时，可能有的微观状态数。

〔实现数〕,A,B,C,D,A,B,C,D,A,B,C,D,A,B,C,D,A,B,C,D,A,B,C,D,A,B,C,D,A,B,C,D,A,B,C,D,A,B,C,D,A,B,C,D,A,B,C,D,A,B,C,D,A,B,C,D,A,B,C,D,A,B,C,D,A,B,C,D,二、熵与热力学几率,分布方式,4－0,3－1,2－2,1－3,0－4,合计,实现数,1,4,6,4,16,1,数学几率,1,如,：,最不均匀分布,最均匀分布,N = 4,热力学几率,,数学几率,P,1,1,N = 8,热力学几率,,数学几率,P,宏观状态总是表现为几率最大的那些状态，即紊乱度最大的状态N,=1mol,其它分布,P,= 0,均匀分布区域,P,= 1,数学几率,P,最不均匀分布,最均匀分布,N,= 4,热力学几率,,数学几率,P,1,1,N,= 8,热力学几率,,数学几率,P,二、熵与热力学几率,N,＝4,N,＝8,N,＝32,N,＝72,N,＝10,24,P,=0.99993,4.99999999998,x,10,23,5.00000000002,x,10,23,二、熵与热力学几率,2．玻兹曼〔Boltzmann〕公式,设熵,S,=,f,(,,),熵具加和性：,S,=,S,1,+,S,2,=,f,(,,1,)+,f,(,,2,),总几率为各自几率之积：,,,=,,1,,,,2,两者相联系的关系式为：,S,=,k,B,ln,,,Boltzmann 公式,(,k,B,= 1.3806,,10,–23,J,,K,-1,),S,：宏观量,,：微观量,统计热力学的根底公式,,是联系经典热力学和统计热力学的桥梁,三、热力学第二定律的适用范围,热力学第二定律可归结为熵增原理：,,一切自发过程都向着熵增大的方向进行。

1．热力学第二定律适用于有限的宏观系统,(1) 不能描述个别质点的行为宏观系统是指含有大量质点构成的系统，这才能服从统计规律,(2) 不适用于整个无限的宇宙无限的宇宙不能被认为是隔离系统,三、热力学第二定律的适用范围,2．热力学第二定律适用于隔离系统,开放系统中，存在稳定的有序态，如生物，从低级高级〔更有序〕的进化对于开放系统中有序结构的熵解释，形成非平衡态热力学四．非平衡态热力学,1. 非平衡态,系统的定态〔不随时间而变的恒定状态〕有两种：,隔离系统的定态：,系统内部宏观上无能量流，无物质流，为热力学平衡态,开放系统的定态：,系统内部宏观上有能量流或物质流，为热力学非平衡态，并由非平衡态维持其定态,如与两热源接触的金属棒，一定时间后，各点温度不变，并由热流维持其定态,生物体维持有序结构，需要有热流和物质流,高温源,低温源,四．非平衡态热力学,生物体,,S,总熵,＝,,S,内部,＋,,S,外部,2．熵流、熵产生和耗散结构,熵产生S内部：体内的生化反响，血液循环，扩散> 0,新陈代谢,蛋白质，淀粉，脂肪,无序小分子,熵流,,S,外部,： 能交换：如散热,四．非平衡态热力学,生物体,,S,总熵,＝,,S,内部,＋,,S,外部,2．熵流、熵产生和耗散结构,熵产生,,S,内部,：体内的生化反应，血液循环，扩散> 0,熵流,,S,外部,： 能交换：如散热,物交换：如摄入低熵物，排出高熵物,< 0,假设S总熵 <0 更有序,,=0 维持有序结构,,>0 最终死亡,耗散结构：,需消耗外界能量而维持的有序结构，如活的生物,四．非平衡态热力学,3．地球的总熵平衡,低熵物,高熵物,,生命活动,,光合作用,太阳,散热,请转下一节,,返回,。