第十章熱力學(xué)定律第五節(jié)熱力學(xué)第二定律的微觀解釋第六節(jié)能源和可持續(xù)發(fā)展1．了解有序和無(wú)序是相對(duì)的．2．知道宏觀態(tài)與微觀態(tài)，知道宏觀態(tài)對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)的數(shù)目與無(wú)序程度的關(guān)系．3．知道熵的概念，了解熵增加原理，知道它是熱力學(xué)第二定律的另一種表述．4．能用熵增加原理認(rèn)識(shí)自然界中能量轉(zhuǎn)化的方向性，能從熵增加角度認(rèn)識(shí)當(dāng)前的環(huán)境問(wèn)題．一、熱力學(xué)第二定律的微觀意義1．有序和無(wú)序(1)定義①有序：一個(gè)系統(tǒng)的個(gè)體按確定的_______，有順序地排列．②無(wú)序：一個(gè)系統(tǒng)的個(gè)體分布沒(méi)有確定的要求，分布是隨意的，稱為無(wú)序．(2)有序與無(wú)序是相對(duì)的．規(guī)則2．宏觀自發(fā)過(guò)程的方向性一切自然過(guò)程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的__________增大的方向進(jìn)行．3．熵及熵增加原理(1)定義式：S＝________，式中S表示熵，k表示________________，Ω表示微觀態(tài)的________.(2)意義：表示系統(tǒng)內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)________的量度．(3)熵增加原理：在任何自然過(guò)程中，一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵不會(huì)________.無(wú)序性klnΩ玻耳茲曼常量數(shù)目無(wú)序性減小二、能源和可持續(xù)發(fā)展1．能量耗散和品質(zhì)降低(1)能量耗散：有序度較高(集中度較高)的能量轉(zhuǎn)化為_(kāi)_______，成為更加分散因而也是無(wú)序度更大的能量，流散到環(huán)境中無(wú)法重新收集起來(lái)加以利用的現(xiàn)象．(2)各種形式的能量向內(nèi)能轉(zhuǎn)化方向是無(wú)序程度較小的狀態(tài)向無(wú)序程度較大的狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，是能___________、全額發(fā)生的．

內(nèi)能自動(dòng)發(fā)生(3)能量耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的自發(fā)變化過(guò)程具有__________.(4)能量耗散雖然不會(huì)導(dǎo)致能量總量的減少，卻會(huì)導(dǎo)致能量品質(zhì)的降低，它實(shí)際上是將能量從高度有用的高品質(zhì)形式降級(jí)為不大可用的低品質(zhì)形式．方向性2．能源和環(huán)境(1)種類：煤、_________、天然氣等是常規(guī)能源(2)環(huán)境問(wèn)題：溫室效應(yīng)、_________、光化學(xué)煙霧(3)新能源：_________、生物質(zhì)能，風(fēng)能等石油酸雨太陽(yáng)能一、熱力學(xué)第二定律的微觀解釋1．宏觀態(tài)和微觀態(tài)規(guī)定了某種規(guī)則，我們就規(guī)定了一個(gè)“宏觀態(tài)”，這個(gè)“宏觀態(tài)”可能包含一種或幾種“微觀態(tài)”，不同的“宏觀態(tài)”對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)的個(gè)數(shù)不同．如果一個(gè)“宏觀態(tài)”對(duì)應(yīng)的“微觀態(tài)”比較多，就說(shuō)這個(gè)“宏觀態(tài)”是比較無(wú)序的．2．熱力學(xué)第二定律的微觀解釋高溫物體和低溫物體中的分子都在做無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)，但是高溫物體中分子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率要大于低溫物體．所以在高溫物體分子與低溫物體分子的碰撞過(guò)程中，低溫物體分子運(yùn)動(dòng)的劇烈程度會(huì)逐漸加劇，即低溫物體的溫度升高了．而高溫物體分子運(yùn)動(dòng)的劇烈程度會(huì)減緩，即高溫物體的溫度降低了．所以從宏觀熱現(xiàn)象角度來(lái)看，熱傳遞具有方向性，總是從高溫物體傳給低溫物體．換一種角度看，初始我們根據(jù)溫度的高低來(lái)區(qū)分兩個(gè)物體，而終了狀態(tài)兩個(gè)物體上的溫度處處相同，無(wú)法區(qū)別，我們就說(shuō)系統(tǒng)的無(wú)序程度增加了．同理可知，在通過(guò)做功使系統(tǒng)內(nèi)能增加的過(guò)程中，自然過(guò)程是大量分子從有序運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向無(wú)序運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過(guò)程．3．熱力學(xué)第二定律的微觀意義第二定律揭示了涉及熱現(xiàn)象的一切宏觀的自然過(guò)程都只能在一個(gè)方向上發(fā)生，而不會(huì)可逆地在相反的方向上出現(xiàn)，它指出在能量得以平衡的眾多過(guò)程中，哪些可能發(fā)生，哪些不可能發(fā)生．自然界涉及熱現(xiàn)象的一切宏觀過(guò)程都是不可逆的，宏觀自發(fā)過(guò)程的這種方向性(熵增加的方向)，也就成為時(shí)間的方向性．所以，“熵”又常常被稱為“時(shí)間箭頭”.

二、能源的分類能源分類方法能源分類名稱特點(diǎn)舉例按形成或轉(zhuǎn)換特點(diǎn)分一次能源自然形成，未經(jīng)加工太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮?、核能、潮汐能二次能源由一次能源?jīng)加工轉(zhuǎn)換而成焦炭、木炭、蒸汽、液化氣、酒精、汽油、電能能源分類方法能源分類名稱特點(diǎn)舉例按利用技術(shù)分常規(guī)能源已大規(guī)模正常使用煤、石油、天然氣新能源正在開(kāi)發(fā)，或有新的利用方式太陽(yáng)能、核能、地?zé)崮?、海洋能、沼氣、風(fēng)能按可否再生分可再生能源可循環(huán)使用、不斷補(bǔ)充水能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮懿豢稍偕茉炊唐趦?nèi)無(wú)法轉(zhuǎn)換獲得煤、石油、天然氣、核燃料能源分類方法能源分類名稱特點(diǎn)舉例按對(duì)環(huán)境污染情況分清潔能源對(duì)環(huán)境基本上沒(méi)有污染太陽(yáng)能、海洋能、風(fēng)能、水能污染能源會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境化石燃料(煤、石油、天然氣)

關(guān)于熱力學(xué)第二定律的微觀意義，下列說(shuō)法正確的是A．大量分子無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)能夠自動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蜻\(yùn)動(dòng)B．熱傳遞的自然過(guò)程是大量分子從比較有序運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向比較無(wú)序運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)變的過(guò)程C．熱傳遞的自然過(guò)程是大量分子從無(wú)序程度小的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向無(wú)序程度大的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)變的過(guò)程D．一切自然過(guò)程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無(wú)序性增大的方向進(jìn)行

一、熱力學(xué)第二定律的意義解析：分子熱運(yùn)動(dòng)是大量分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，系統(tǒng)的一個(gè)宏觀過(guò)程包含著大量的微觀狀態(tài)，這是一個(gè)無(wú)序的運(yùn)動(dòng)，根據(jù)熵增加原理，熱運(yùn)動(dòng)的結(jié)果只能使分子熱運(yùn)動(dòng)更加無(wú)序，而不是變成了有序．熱傳遞的自然過(guò)程從微觀上講就是大量分子從無(wú)序程度小的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向無(wú)序程度大的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)變的過(guò)程，B、C、D項(xiàng)正確．答案：BCD

解此類題目要理解好有序和無(wú)序，確定某種規(guī)則，符合這個(gè)規(guī)則的就是有序的，不符合確定的規(guī)則和要求的分布是無(wú)序的．無(wú)序意味著各處平均沒(méi)有差別；而有序則相反，是按照某種規(guī)則排列的，有序與無(wú)序是相對(duì)的．1.下列關(guān)于熱力學(xué)第二定律微觀意義的說(shuō)法正確的是(

)A．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B．一切自然過(guò)程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)無(wú)序性減小的方向進(jìn)行C．有的自然過(guò)程沿著分子熱運(yùn)動(dòng)無(wú)序性增大的方向進(jìn)行，有的自然過(guò)程沿著分子熱運(yùn)動(dòng)無(wú)序性減小的方向進(jìn)行D．在任何自然過(guò)程中，一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵會(huì)減小

解析：從熱力學(xué)第二定律的微觀本質(zhì)看，一切不可逆過(guò)程總是沿著大量分子熱運(yùn)動(dòng)無(wú)序程度增大的方向進(jìn)行，B、C項(xiàng)錯(cuò)；熱力學(xué)第二定律是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，A項(xiàng)對(duì)．任何自然過(guò)程總是朝著無(wú)序程度增大的方向進(jìn)行，也就是熵增加的方向進(jìn)行，故D項(xiàng)錯(cuò)．所以選A.答案：A

下列對(duì)能量耗散的理解正確的有A．能量耗散說(shuō)明能量在不斷減少B．能量耗散遵守能量守恒定律C．能量耗散說(shuō)明能量不能憑空產(chǎn)生，但可以憑空消失D．能量耗散從能量角度反映出自然界的宏觀過(guò)程具有方向性

二、能源的開(kāi)發(fā)和利用解析：在發(fā)生能量轉(zhuǎn)化的宏觀過(guò)程中，其他形式的能量最終會(huì)轉(zhuǎn)化為流散到周圍環(huán)境中的內(nèi)能，無(wú)法再回收利用，這種現(xiàn)象叫能量耗散．能量耗散并不違反能量守恒定律，宇宙的能量既沒(méi)有減少，也沒(méi)有消失，它只從能量角度反映出自然界的宏觀過(guò)程具有方向性，故A、C項(xiàng)錯(cuò)，B、D項(xiàng)對(duì)．答案：BD (1)能量耗散是能量從高品質(zhì)能源向低品質(zhì)能源轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移的過(guò)程；(2)能量耗散是指能量的可利用程度降低．2.下列關(guān)于能源的說(shuō)法中正確的是(

)A．能源是取之不盡，用之不竭的B．能源是有限的，特別是常規(guī)能源，如煤、石油、天然氣等C．大量消耗