- 有序和无序
- 共72题
自然过程的方向性是从有序状态自发地转向无序状态．如何根据这种理论说明热传递和功变热两种过程的不可逆性？
正确答案
解：在热传递过程中，热量总是从高温物体自发地传到低温物体，直到两物体的温度相同．初始状态，进行热传递的两个物体所组成的系统温度不同，这是比较不均匀的状态，也即比较有序的状态；最终状态，系统的温度相同，这是比较均匀的状态，也即比较无序的状态．所以，热传递过程使系统从比较有序的状态向比较无序的状态转化，这个过程是自发进行的，而自发进行的过程，总是朝着熵增加的方向进行，也即朝着无序化程度增加的方向进行．所以说，热传递的过程是一个不可逆的过程．同样，功变热的过程也是不可逆的．这种不可逆性是指功（机械能）可以全部转化为热（内能），而热（内能）却不能自发地全部转化为功（机械能）．具有机械能的物体可以说处在一种比较有序的状态，随着功变热过程的进行，能量的品质在逐渐下降，物体无序化程度在增加．这种从有序自发地转向无序的过程，体现了自然过程的方向性，说明了功变热过程的不可逆性．
一个箱子被分成A、B两室，有四个不同颜色的小球被放在箱子中，象征着封闭系统进入了一个自发的过程，则A、B两室中的小球在箱中共有多少种可能？每种可能称为一个宏观态，则每种宏观态对应的微观态有多少种？试用图例说明。
正确答案
解：设有红、黄、蓝、绿四个小球，把它们按如下方式放入箱中，如图所示。如果不区分小球的颜色，则只会出现如图所示的5种可能，即有5个宏观态，而每种宏观态下，A中的小球可以是四种颜色中的任意几种的组合，由排列组合的知识知道，宏观态(1)对应1个微观态，宏观态(2)对应4个微观态，宏观态(3)对应6个微观态，宏观态(4)对应4个微观态，宏观态(5)对应1个微观态，即共存在16个微观态。
（两个温度不同的物体接触时，热量会自发地从高温物体传向低温物体，直到两者温度相等；一个温度处处相等的物体，不可能自发地变得一部分温度高，另一部分温度低．这一事实说明，一切自然过程总是沿着分子热运动的______的方向进行的．
正确答案
一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，任何自然过程一定总是沿着熵增加的方向进行的，即切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行的．
故答案为：无序性增大．
热力学第二定律的开尔文表述指出：内能与机械能的转化具有方向性，请结合熵的变化加以解释．
正确答案
解：机械运动是宏观情况下物体在空间位置上的变化，物体运动状态的变化完全遵循牛顿运动定律所反映的因果关系，这是一种有序的运动．热运动是大量分子的无规则运动，系统的一个宏观状态包含着大量的微观状态，这是一种无序的运动，机械运动向热运动的转化，属于从有序向无序的转化，会导致熵的增加，符合热力学的规律，因此机械能可以全部转化为内能，反之，热运动向机械运动的转化，属于从无序向有序的转化，即从高熵向低熵转化，不符合熵增加原理，因此内能不可能全部转化为机械能而不引起其他变化．
一锅开水投入了5个糖馅的甜汤圆，随后又投入了5个肉馅的咸汤圆，甜、成汤圆在沸水中翻滚，象征着封闭系统进入了一个自发的过程，随后，用两只碗各盛了5个汤圆，每碗汤圆中共有六种可能：
①全是甜的 ②全是咸的 ③1甜4咸 ④甜1咸
这是四种不平衡的宏观态；
⑤2甜3咸 ⑥3甜2咸
这是两种相对平衡的宏观态。
两只碗各盛5个汤圆共有32种组合方式，我们称为32个微观态，试问：
(1)以上六种宏观态所对应的微观态的个数各是多少？请设计一个图表来表示。
(2)以上相对平衡的宏观态出现的概率是多少？
正确答案
解：(1)宏观态对应的微观态个数
(2)相对平衡的宏观态出现的概率为：
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