4.序与微观态 (提问)从刚才的分析讨论中你能不能建立序和微观态之间的关系?
(总结)"有序"和"无序"是相对的,是从序的程度上来说的。如果一个"宏观态"对应的"微观态"比较多,就说这个"宏观态"是比较无序的。
5.气体向真空的扩散 (讲)现在我们以气体向真空扩散为例,探讨与热现象有关的宏观自发过程的方向性。
一个箱子被挡板分为左、右两室,左室有气体,右室为真空。撤去挡板后气体要由左向右扩散。我们将从分子热运动的角度分析这个过程的方向性。为了简单,假定气体只由4个分子组成。
请同学们分析挡板撤去后分子位置分布的宏观态和对应的微观态。
(讲述)撤去挡板后,从微观的角度来说,由于分子的热运动,16种微观态出现的概率是一样,那么宏观上观察到的现象是什么呢?从表中看出,"左2右2"这种宏观上看来均匀分布的情况,所对应的微观态的个数最多,"左0右4""左4右0"这种极端不均匀的宏观态所对应的微观态的个数很少。
撤去挡板后,由于各个微观态出现的概率是一样的,从宏观上看,我们看到"左2右2"这种均匀分布的的可能性更大,而分子重新集中在一个室中,另一个变成真空的可能性最小。
"左2右2"这种状态对应着6个微观态,而一侧有4个分子另一侧为真空的状态只对应着2个微观态。按照我们的前面的说法,"左2右2"是一种更为无序的状态,即无序指一种"平均""各处都一样""没有差别"。
(分析容器中有6个分子、一百个分子,一千个分子,一万个分子的情况)。
(总结)热力学第二定律的微观意义:一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。