13-8 热力学第二定律的统计解释第十三章 热力学基础物理学第五版
1/17
一 熵与无序 (Entropy & Disorderly)
热力学第二定律的 实质
(Essence of second law of thermodynamics)
自然界 一切与热现象有关的实际宏观过程 都是 不可逆的
V VV外力压缩
External compression
扩散过程 (Diffusion process)
自发 Spontaneously
In nature the macro-processes with the thermal
phenomenon are all irreversible processes
13-8 热力学第二定律的统计解释第十三章 热力学基础物理学第五版
2/17
热功转换 (The conversion of heat & work)
完全 Totally功
Work 不 完全 Non- totally
热
Heat
无序
Disorder
有序
Order
自发
Spontaneously
开尔文表述
Kelvin
statement
功变热不可逆
Irreversibility of
work into heat
13-8 热力学第二定律的统计解释第十三章 热力学基础物理学第五版
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热传导 (The heat conduction)
自发 Spontaneously高温物体
High
temperature
objects
非 自发传热
Non- spontaneously
低温物体
High
temperature
objects
均匀平衡
Uniform
equilibrium
非均匀非平衡
Non-uniform
non-equilibrium
自发
Spontaneously
克劳修斯表述
Clausius
statement
热传导不可逆
Irreversibility of work
into heat
13-8 热力学第二定律的统计解释第十三章 热力学基础物理学第五版
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不可逆过程的本质
(The nature of Irreversible process)
系统从热力学概率 小 的宏观状态向热力学概率大 的宏观状态进行的过程,
二 无序度和微观状态数
(Disorderly degrees & Numbers of micro-state)
A system always goes through the transition from a
macro-state with smaller thermodynamic probability to
a macro-state with greater thermodynamic probability.
一切 自发过程 的普遍规律
The universal law of all spontaneous processes
13-8 热力学第二定律的统计解释第十三章 热力学基础物理学第五版
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概 率小的宏观状态A macro-state with
smaller probability
概 率大的宏观状态
A macro-state with
greater probability
理想气体 自由膨胀
Free expansion of ideal gas
13-8 热力学第二定律的统计解释第十三章 热力学基础物理学第五版
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可分辨的粒子开始集中在 左 空间,左右 空间体积相等。
11,2 2,1 / 2,nN n W
理想气体的 自由膨胀 (扩散 )为例：
讨论 N 个粒子在空间的分布问题微观态 宏观态 宏观态对应微观态数目 概率
1
1
1/2
1/2
13-8 热力学第二定律的统计解释第十三章 热力学基础物理学第五版
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22,2 4,1 / 4,nN n W
微观态 宏观态 宏观态对应微观态数目 概率
1
1
2
1/4
1/4
2/4
13-8 热力学第二定律的统计解释第十三章 热力学基础物理学第五版
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微观态 宏观态 宏观态对应微观态数目 概率
1/8
3/8
3/8
1/8
1
3
3
1
33,2 8,1 / 8,nN n W
13-8 热力学第二定律的统计解释第十三章 热力学基础物理学第五版
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微观态 宏观态 概 率宏观态对应微观态数微观态 宏观态宏观态对应微观态数概 率
44,2 1 6,1 1 6,N n W
4
4
1
6
1
4/16
4/16
1/16 1/16
6/16
13-8 热力学第二定律的统计解释第十三章 热力学基础物理学第五版
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N 1 2 4 N
W
42 2
1
2
1
2
1
N2
1
0
（ 左 ）
粒子膨胀后全部出现在 左 空间的几率与粒子数关系：
2 3 2 36,0 2 3 1 0 1,8 1 02 1 0
551 0 1,6 1 04 4 1 0
5 2 3 1 81 0 6,0 2 3 1 0 1 04 4 2,1 0 100000000000000000010
13-8 热力学第二定律的统计解释第十三章 热力学基础物理学第五版
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1,一个 孤立系统 内部发生的过程其 方向 总是由几率 小 的 宏观状态 向几率 大 的 宏观状态 进行。
2,自发过程 进行的 方向 总是由 有序性高 的状态向 无序性高 的状态方向进行,平衡态 对应着 最无序 状态。
热力学第二定律统计意义 (Statistical significance)
The direction of processes happen within an isolated
system always goes through the transition from a
macro-state with smaller thermodynamic probability to
a macro-state with greater thermodynamic probability.
The direction of spontaneous processes always goes
through the transition from a state with higher order
to a state with higher disorder,In equilibrium state
the degree of disorder reaches maximum
13-8 热力学第二定律的统计解释第十三章 热力学基础物理学第五版
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三 熵与热力学概率 玻尔兹曼关系式
(Entropy & the thermodynamic probability
The Boltzmann relationship formula)
WkS ln?熵 (Entropy)
W,热力学 概 率（微观状态数）、无序度、混乱度,
W,The thermodynamic probability ( the number of
the microscopic state),The degree of disorder、
The degree of chaos
热力学 概 率 W 是分子热运动的系统 无序度 的量度,
The thermodynamic probability is a measure
of the degree of disorder the molecular thermal
motion of the system
13-8 热力学第二定律的统计解释第十三章 热力学基础物理学第五版
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2） 熵是孤立系统的无序度的量度,(平衡态熵最大 )
(W 愈大,S 愈高，系统有序度愈差,)
1） 熵的概念建立,使热力学第二定律得到统一的定量的表述,
W
kS 1ln
负熵
Negative entropy
W
1
有序度
the degree of order
WkS ln?
13-8 热力学第二定律的统计解释第十三章 热力学基础物理学第五版
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环境学,负熵流与环境,
玻尔兹曼墓碑为了纪念 玻尔兹曼给予熵以统计解释的卓越贡献,他的墓碑上寓意隽永地刻着,
WkS l o g?
这表示人们对玻尔兹曼的深深怀念和尊敬,
生命科学,熵的高低反映生命力的强弱,
信息论,负熵是信息量多寡的量度,
13-8 热力学第二定律的统计解释第十三章 热力学基础物理学第五版
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耗 散 结 构
3） 无生命世界的自组织现象云、雪花、太阳系、化学实验、热对流、激光等,
1） 宇宙真的正在走向死亡吗？
实际宇宙万物，宇宙发展充满了无序到有序的发展变化,
2） 生命过程的自组织现象生物体的生长和物种进化是从无序到有序的发展,
13-8 热力学第二定律的统计解释第十三章 热力学基础物理学第五版
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开放系统熵的变化
ie ddd SSS
0d,0d i SS孤立系统
0d,d
0d,0d
ei
ei
SdSS
SS开放系统
（和外界有能量交换和物质交换的系统叫开放系统）
4）开放系统的熵变系统与外界交换能量或物质而引起的熵流edS
idS
系统内部不可逆过程所产生的熵增加第十三章 热力学基础物理学第五版
17
13-1 准静态过程 功 热量
13-2 热力学第一定律 内能
13-3 理想气体的等体过程和等压过程摩尔热容
13-4 理想气体的等温过程和绝热过程
13-0 教学基本要求选择进入下一节：
本章目录
1/17
一 熵与无序 (Entropy & Disorderly)
热力学第二定律的 实质
(Essence of second law of thermodynamics)
自然界 一切与热现象有关的实际宏观过程 都是 不可逆的
V VV外力压缩
External compression
扩散过程 (Diffusion process)
自发 Spontaneously
In nature the macro-processes with the thermal
phenomenon are all irreversible processes
13-8 热力学第二定律的统计解释第十三章 热力学基础物理学第五版
2/17
热功转换 (The conversion of heat & work)
完全 Totally功
Work 不 完全 Non- totally
热
Heat
无序
Disorder
有序
Order
自发
Spontaneously
开尔文表述
Kelvin
statement
功变热不可逆
Irreversibility of
work into heat
13-8 热力学第二定律的统计解释第十三章 热力学基础物理学第五版
3/17
热传导 (The heat conduction)
自发 Spontaneously高温物体
High
temperature
objects
非 自发传热
Non- spontaneously
低温物体
High
temperature
objects
均匀平衡
Uniform
equilibrium
非均匀非平衡
Non-uniform
non-equilibrium
自发
Spontaneously
克劳修斯表述
Clausius
statement
热传导不可逆
Irreversibility of work
into heat
13-8 热力学第二定律的统计解释第十三章 热力学基础物理学第五版
4/17
不可逆过程的本质
(The nature of Irreversible process)
系统从热力学概率 小 的宏观状态向热力学概率大 的宏观状态进行的过程,
二 无序度和微观状态数
(Disorderly degrees & Numbers of micro-state)
A system always goes through the transition from a
macro-state with smaller thermodynamic probability to
a macro-state with greater thermodynamic probability.
一切 自发过程 的普遍规律
The universal law of all spontaneous processes
13-8 热力学第二定律的统计解释第十三章 热力学基础物理学第五版
5/17
概 率小的宏观状态A macro-state with
smaller probability
概 率大的宏观状态
A macro-state with
greater probability
理想气体 自由膨胀
Free expansion of ideal gas
13-8 热力学第二定律的统计解释第十三章 热力学基础物理学第五版
6/17
可分辨的粒子开始集中在 左 空间,左右 空间体积相等。
11,2 2,1 / 2,nN n W
理想气体的 自由膨胀 (扩散 )为例：
讨论 N 个粒子在空间的分布问题微观态 宏观态 宏观态对应微观态数目 概率
1
1
1/2
1/2
13-8 热力学第二定律的统计解释第十三章 热力学基础物理学第五版
7/17
22,2 4,1 / 4,nN n W
微观态 宏观态 宏观态对应微观态数目 概率
1
1
2
1/4
1/4
2/4
13-8 热力学第二定律的统计解释第十三章 热力学基础物理学第五版
8/17
微观态 宏观态 宏观态对应微观态数目 概率
1/8
3/8
3/8
1/8
1
3
3
1
33,2 8,1 / 8,nN n W
13-8 热力学第二定律的统计解释第十三章 热力学基础物理学第五版
9/17
微观态 宏观态 概 率宏观态对应微观态数微观态 宏观态宏观态对应微观态数概 率
44,2 1 6,1 1 6,N n W
4
4
1
6
1
4/16
4/16
1/16 1/16
6/16
13-8 热力学第二定律的统计解释第十三章 热力学基础物理学第五版
10/17
N 1 2 4 N
W
42 2
1
2
1
2
1
N2
1
0
（ 左 ）
粒子膨胀后全部出现在 左 空间的几率与粒子数关系：
2 3 2 36,0 2 3 1 0 1,8 1 02 1 0
551 0 1,6 1 04 4 1 0
5 2 3 1 81 0 6,0 2 3 1 0 1 04 4 2,1 0 100000000000000000010
13-8 热力学第二定律的统计解释第十三章 热力学基础物理学第五版
11/17
1,一个 孤立系统 内部发生的过程其 方向 总是由几率 小 的 宏观状态 向几率 大 的 宏观状态 进行。
2,自发过程 进行的 方向 总是由 有序性高 的状态向 无序性高 的状态方向进行,平衡态 对应着 最无序 状态。
热力学第二定律统计意义 (Statistical significance)
The direction of processes happen within an isolated
system always goes through the transition from a
macro-state with smaller thermodynamic probability to
a macro-state with greater thermodynamic probability.
The direction of spontaneous processes always goes
through the transition from a state with higher order
to a state with higher disorder,In equilibrium state
the degree of disorder reaches maximum
13-8 热力学第二定律的统计解释第十三章 热力学基础物理学第五版
12/17
三 熵与热力学概率 玻尔兹曼关系式
(Entropy & the thermodynamic probability
The Boltzmann relationship formula)
WkS ln?熵 (Entropy)
W,热力学 概 率（微观状态数）、无序度、混乱度,
W,The thermodynamic probability ( the number of
the microscopic state),The degree of disorder、
The degree of chaos
热力学 概 率 W 是分子热运动的系统 无序度 的量度,
The thermodynamic probability is a measure
of the degree of disorder the molecular thermal
motion of the system
13-8 热力学第二定律的统计解释第十三章 热力学基础物理学第五版
13/17
2） 熵是孤立系统的无序度的量度,(平衡态熵最大 )
(W 愈大,S 愈高，系统有序度愈差,)
1） 熵的概念建立,使热力学第二定律得到统一的定量的表述,
W
kS 1ln
负熵
Negative entropy
W
1
有序度
the degree of order
WkS ln?
13-8 热力学第二定律的统计解释第十三章 热力学基础物理学第五版
14/17
环境学,负熵流与环境,
玻尔兹曼墓碑为了纪念 玻尔兹曼给予熵以统计解释的卓越贡献,他的墓碑上寓意隽永地刻着,
WkS l o g?
这表示人们对玻尔兹曼的深深怀念和尊敬,
生命科学,熵的高低反映生命力的强弱,
信息论,负熵是信息量多寡的量度,
13-8 热力学第二定律的统计解释第十三章 热力学基础物理学第五版
15/17
耗 散 结 构
3） 无生命世界的自组织现象云、雪花、太阳系、化学实验、热对流、激光等,
1） 宇宙真的正在走向死亡吗？
实际宇宙万物，宇宙发展充满了无序到有序的发展变化,
2） 生命过程的自组织现象生物体的生长和物种进化是从无序到有序的发展,
13-8 热力学第二定律的统计解释第十三章 热力学基础物理学第五版
16/17
开放系统熵的变化
ie ddd SSS
0d,0d i SS孤立系统
0d,d
0d,0d
ei
ei
SdSS
SS开放系统
（和外界有能量交换和物质交换的系统叫开放系统）
4）开放系统的熵变系统与外界交换能量或物质而引起的熵流edS
idS
系统内部不可逆过程所产生的熵增加第十三章 热力学基础物理学第五版
17
13-1 准静态过程 功 热量
13-2 热力学第一定律 内能
13-3 理想气体的等体过程和等压过程摩尔热容
13-4 理想气体的等温过程和绝热过程
13-0 教学基本要求选择进入下一节：
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