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人教版高中物理选修3-3

热力学第二定律的微观解释 例题解析

1．电冰箱能够不断地把热量从温度较低的冰箱内部传给温度较高的外界空气，这说明了 A．热量能自发地从低温物体传给高温物体

B．在一定条件下，热量可以从低温物体传给高温物体 C．热量的传导过程不具有方向性

D．在自发地条件下热量的传导过程具有方向性

[精与解] 我们知道，一切自发过程都有方向性，如热传导，热量总是由高温物体传向低温物体；又如扩散，气体总是由密度大的地方向密度小的地方扩散。如果在外界帮助下气体可以由密度大的地方向密度小的地方扩散，热量可以从低温物体传向高温物体，电冰箱就是借助外力做功把热量从低温物体─冷冻食品传向高温物体─周围的大气。所以，在回答热力学过程的方向问题时，要区分是自发过程还是非自发过程，电冰箱内热量传递的过程是有外界参与的。本题答案是A错B对C错D对。

[解后思] 热力学第二定律的克劳修斯表述说明了内能转移过程的方向性；开尔文表述体现了机械能和内能之间转化的方向性，得出了第二类永动机是不可能制成的结论。定律的实质是说明了一切自发过程的方向性、不可逆性，其功用是可以判断一切过程进行的方向和限度。

热力学第一定律说的是过程必须满足能量守恒定律，而热力学第二定律则说明过程能否实现。二者是相辅相成、缺一不可的。 2．下面关于熵的说法错误的是

A．熵是物体内分子运动无序程度的量度

B．在孤立系统中，一个自发的过程总是向熵减少的方向进行

C．热力学第二定律的微观实质是熵是增加的，因此热力学第二定律又叫熵增加原理 D．熵值越大，代表系统分子运动越无序

[精与解] 热力学第二定律提示：一切自然过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行的。例如，功转变为热是机械能或电能转变为内能的过程是大量分子的有序运动向无序运动转化，气缸内燃气推动活塞做功燃气分子作有序运动，排出气缸后作越来越无序的运动。

物理学中用熵来描述系统大量分子运动的无序性程度。热力学第二定律用熵可表述为：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小，也就是说，一个孤立系统的熵总是从熵小的状态向熵大的状态发展。反映了一个孤立系统的自然过程会沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。 纵上所述可知A、C、D说法是正确的，只有B说法与热力学第二定律相悖。

[解后思] 熵是从微观角度给出系统内的大量分子热运动无序性的数学量度，课本上所说的“一个宏观态对应的微观态的数目”是涉及大量分子无序化程度的规律，所以是一条统计规律。熵S＝klnΩ中，Ω就是“微观态”可能出现的概率（或几率），一个宏观态对应的微观态的数目越大，出现的概率越高，实际上能够观察到的宏观状态就是在一定宏观条件下出现的概率最大的状态。