高中物理2.5有序无序和熵.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,五、有序、无序和熵,第1页,1,.,知道在包括热现象宏观过程中能量耗散与退化现象。,2,.,初步了解熵增加原理物理意义,知道在自然界自发过程中,系统无序程度总是不停地增加。,3,.,能用热力学第二定律或熵增加原了解释身边一些简单现象。,4,.,了解热力学温度要求及绝对零度不可能到达结论。,第2页,一,二,三,四,一、能量耗散与退化,在自然界种种改变中,能量总值即使保持不变(,守恒,),不过能量可被利用价值却越来越,小,或者说能量品质在逐步,降级,这就是能量,耗散与退化,。,当我们开发利用地球上能源时并不会降低地球上能量,而是将能源中高度有用能量形式,降低,为不大可用能量形式。,使用电炉时,电能转化为内能,这个系统能否依靠本身作用(自发地)回到原来状态?,提醒,:,不能,除非系统靠外界帮助。而,“,外界帮助,”,将更多地消耗其它形式能,产生出更多内能。,第3页,一,二,三,四,二、绝对零度不可到达,1,.,绝对零度,宇宙中存在着温度下限:,-,273,.,15,即绝对零度。,2,.,热力学温度,热力学温度用,T,表示,单位是,开尔文,符号是,K,热力学温度,T,与摄氏温度,t,之间换算关系是,T=t+,273,.,15 K,。,3,.,热力学第三定律,对大量事实研究分析表明,不可能经过有限过程把物体冷却到,绝对零度,。,第4页,一,二,三,四,三、熵增加原理,任何孤立系统,它总熵永远不会,减小,;,或者说,自然界一切自发过程,总是朝着熵,增加,方向进行。,第5页,一,二,四,三,四、有序向无序转化,1,.,熵,熵是表征系统,无序,程度物理量,熵越大,系统无序程度越,高,。,2,.,有序和无序,系统,自发,过程总是从有序变为无序;从微观角度说,热传递过程也是从比较,有序,状态变成比较,无序,状态。,第6页,一,二,一、熵与熵增加原理了解,“,熵”是什么?“熵”是德国物理学家克劳修斯创造一个术语,他用熵来表示任何一个能量在空间分布均匀程度。能量分布得越均匀,熵就越大。假如对于我们所考虑那个系统来说,能量完全均匀地分布,那么这个系统熵就到达最大值。简单地说,“熵”就是微观粒子无序程度、能量差异消除程度。,第7页,一,二,在克劳修斯看来,在一个封闭系统中,运动总是从有序到无序发展。比如,把一块冰糖放入水中,结果整杯水都甜了。这就是说,糖分子运动扩展到了整杯水中,它们运动变得愈加无序了。对于一个封闭系统,能量差也总是倾向于消除。比如,有水位差两个水库,假如把它们连接起来,那么,重力就会使一个水库水面降低,而使另一个水库水面升高,直到两个水库水面相等,势能取平为止。,克劳修斯总结说,自然界中一个普遍规律是:运动总是从有序到无序,能量差异总是倾向变成均等,也即“熵将伴随时间而增大”。,第8页,一,二,二、热力学温度认识,热力学温度单位是开尔文,简称开,符号是K。开尔文是为了纪念英国物理学家Lord Kelvin而命名。,要求热力学温度单位开(K)与摄氏温度单位摄氏度(,),完全相同。1 K,=,1,。在表示温度差或温度间隔时,用K和用,数值相同。,尤其提醒,摄氏温度,1,分格与热力学温度,1,K,分格是等价,摄氏温度升高,10,与热力学温度升高,10,K,是一回事,但不能说升高了,283,K,。,第9页,类型一,类型二,类型三,【例题,1,】,依据你对熵增加原理了解,举出一些系统从有序变为无序例子。,点拨,:,依据熵增加原理,自然界一切自发过程总是朝着熵增加方向进行而熵是描述系统无序程度物理量。熵越大,无序程度越高,所以,熵增加就意味着系统无序程度增加,即从有序向无序方向转化。,解析,:,比如,:,燃料燃烧、气体扩散、破镜不能复原、覆水难收、一切生命体从生到亡等都是从有序变为无序例子。,答案,:,看法析,题后反思,一切自发不可逆过程都是从有序到无序。,第10页,类型一,类型二,类型三,【例题,2,】,一个物体在粗糙平面上滑动,最终停顿。系统熵怎样改变?,点拨,:,本题考查是对熵增加原理了解和应用。,解析,:,因为物体因为受到摩擦力而停顿运动,其动能变为系统内能,增加了系统分子无规则运动程度,使得无规则运动加强,也就是系统无序程度增加了,所以系统熵增加了答案,:,看法析,题后反思,机械能转化为内能,电能转化为内能,一切能量最终归宿都是内能,而这些内能不可再回收,所以使自然界熵增加。,第11页,类型一,类型二,类型三,【例题,3,】,关于热力学温度,以下说法正确是(,),A,.-,33,=,240 K,B,.,温度改变1,也就是温度改变1 K,C,.,摄氏温度与热力学温度都可能取负值,D,.,温度由,t,升至2,t,对应热力学温度升高了273 K,+t,点拨,:,由,T=,273,K,+t,即可求解这类问题。,解析,:,T=,273,K,+t,由此可知,:,-,33,=,240,K,A,正确,同时,B,正确,;D,中初态热力学温度为,273K+,t,末态为,273,K,+,2,t,温度改变,t,故,D,错误,;,对于摄氏温度可取负值范围为,-,273,0,因绝对零度达不到,故热力学温度不可能取负值,故,C,错误。,答案,:,AB,第12页,类型一,类型二,类型三,题后反思,熟练应用,T=t+,273,K,是处理相关摄氏温度与热力学温度换算基础。,就一个分度来说,1,和,1,K,相等,即,T=,t,。,对于同一个温度来说,用不一样温标表示,数值不一样,这是因为零值选取不一样。,第13页,1 2 3 4,1,以下表述正确是(,),A.,热量不能自发地从低温物体传到高温物体,B.,依据物质不灭原理,一切自然过程都应该是可逆,可回转,C.,热力学第一定律又叫作熵增加原理,D.,在任何自然过程中,一个孤立系统总熵不会降低,答案,:,AD,第14页,1 2 3 4,2,下面关于熵说法错误是(,),A,.,熵是系统内分子运动无序性量度,B,.,在自然过程中熵总是增加,C,.,热力学第二定律也叫作熵减小原理,D,.,熵值越大代表着越无序,解析,:,假如过程是可逆,则熵不变,;,假如不可逆,则熵是增加,而且一切自然过程都是沿着分子热运动无序性增大方向进行。,答案,:,C,第15页,1 2 3 4,3,关于热力学温标正确说法是(,),A,.,热力学温标是一个更为科学温标,B,.,热力学温标零度为,-,273,.,15,叫绝对零度,C,气体温度趋近于绝对零度时其体积为零,D,.,在绝对零度附近气体已液化,所以它压强不会为零,解析,:,热力学温标在科学计算中,尤其表达在热力学方程中,使方程更简单,更科学,故,A,对,;B,是热力学温标常识,正确,;,气体趋近于绝对零度时,已液化,但有体积,故其压强不为零,C,错,D,对。,答案,:,ABD,第16页,1 2 3 4,4,热力学第二定律开尔文表述指出:内能与机械能转化含有方向性。请结合熵改变加以解释。,答案,:,机械运动是宏观情况下物体在空间位置上改变,物体运动状态改变完全遵照牛顿运动定律所反应因果关系,这是一个有序运动。热运动是大量分子无规则运动,系统一个宏观状态包含着大量微观状态,这是一个无序运动。机械运动向热运动转化,属于从有序向无序转化,会造成熵增加,符合热力学规律,所以机械能能够全部转化为内能。反之,热运动向机械运动转化,属于从无序向有序转化,即从高熵向低熵转化,不符合熵增加原理,所以内能向机械能转化不能全部实现。,第17页,