高中物理 第五章 热力学定律 第4节 熵;无序程度的量度 玻尔兹曼公式素材 鲁科版选修3-3

高中物理 第五章 热力学定律 第4节 熵;无序程度的量度 玻尔兹曼公式素材 鲁科版选修3-3

玻尔兹曼公式 ‎ ‎1854年德国科学家克劳修斯首先引进了熵的概念，这是表示封闭体系杂乱程度的一个量。熵是希腊语“变化”的意思。这个量在可逆过程不会变化，在不可逆过程会变大。正像懒人的房间，若没有人替他收拾打扫，房间只会杂乱下去，决不会自然变得整齐。生物也离不开“熵增大法则”，生物需要从体外吸收负熵来抵消熵的增大。‎ ‎1877年，玻尔兹曼用下面的关系式来表示系统无序性的大小：S∝lnΩ。1900年，普朗克引进了比例系数k，将上式写为S=klnΩ。该公式后来刻在玻尔兹曼的墓碑上，这就是第九个表彰的公式——玻尔兹曼公式。k为玻尔兹曼常量，S是宏观系统熵值，是分子运动或排列混乱程度的衡量尺度。Ω是可能的微观态数。Ω越大，系统就越混乱无序。由此看出熵的微观意义：熵是系统内分子热运动无序性的一种量度。用牛顿力学来解释物体内每一个分子的运动实际上是不可能的，玻尔兹曼运用统计的观念，只考察分子运动排列的概率，来对应到相关物理量的研究，对近代物理发展非常重要。由于观点新颖，一开始不为许多著名学者接受，玻尔兹曼为之付出了巨大代价，成为他个人悲剧（自杀）的重要原因。‎