- 主题:学物化的时候没学懂什么叫波尔兹曼熵……
一个盒子里有100万个NO分子(暂且不考虑化学平衡什么的吧),改变外界条件,使100万个NO分解成500万个N2分子和500万个O2分子。这前后的熵变是怎样的呀,怎么用S=klnN解释呀?
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那个……不是很明白Hillhong的deltaS=kln(100万!/50万!/50万!)-kln(1)这个式子是怎么代进去的,麻烦再给讲讲成不?
我自己的想法是这样的:
简化一下,先想盒子里有2个气体分子的情况,把盒子分成两格。
初态是2个NO,有三种宏观状态:
(1)左格2个,右格空 对应微观状态数为1
(2)左格空,右格两个 对应微观状态数为1
(3)左格一个,右格一个 对应微观状态数为2(由于人类能力所限,我们无法分辨哪个NO在左哪个NO在右,所以两种微观状态被合并为一种宏观状态)
宏观状态(3)的概率最大,波尔兹曼熵S=kln(2)最大,因此平衡(熵最高)时气体趋向于均匀分布。
末态一个N2一个O2,有四种宏观状态:
(1)左格2个,右格空 对应微观状态数为1
(2)左格空,右格两个 对应微观状态数为1
(3)左格N2,右格O2 对应微观状态数为1(因为我们能够分辨N2和O2的不同)
(4)左格O2,右格N2 对应微观状态数为1
因为只有两个气体分子,所以每个宏观状态对应的微观状态数都只有1,此时无论处于四种宏观状态里的哪一个,熵都是一样大的S=kln(1)。
结论是熵减小了……到底怎么回事呀,哪里理解错了吗?
【 在 hillhong (aiming 98%) 的大作中提到: 】
: deltaS=kln(100万!/50万!/50万!)-kln(1)
: 用stirling公式ln(n!)=nln(n)-n
: deltaS=0.5kln(100万)
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谢谢hillhong的耐心解答~
初态是2个NO,有三种宏观状态:
: 宏观状态是指你把整个盒子当成一个整体来考虑。你下面列出来的三种是微观状态
知道我哪里错了~这里用的想法是从大物课本上关于“为什么气体趋于均匀分布,而不是聚到屋子的一边”的波尔兹曼熵解释拿来的~在解释气体均匀分布时,可以认为(1)(2)(3)是宏观状态的,但是在NO的例子里就不行了是吗?
(1)左格2个,右格空 对应微观状态数为1
(2)左格空,右格两个 对应微观状态数为1
(3)左格一个,右格一个 对应微观状态数为2(由于人类能力所限,我们无法分辨哪个NO在左哪个NO在右,所以两种微观状态被合并为一种宏观状态)
宏观状态(3)的概率最大,波尔兹曼熵S=kln(2)最大,因此平衡(熵最高)时气体趋向于均匀分布。
【 在 hillhong (aiming 98%) 的大作中提到: 】
: 分格想法很好,但是忘了一个假设:每一个格子可以并且只能放一个分子
: 你用有色球理解就很容易了
: 起初盒子里有两个黑色的球,因为不可区分,所以熵是S=kln(1),这是100万个NO的情形
: ...................
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修改:limbusdog FROM 220.113.4.*
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可是hillhong你看我再这么想:
盒子不分格了,里面有四个球,黑球1、黑球2、白球1、白球2,其中黑球代表N原子,白球代表O原子。然后让黑白球随机结合。
微观状态(1):黑球1结合黑球2,余下的两球再结合在一起
微观状态(2):黑球1结合白球1,余下的两球再结合在一起
微观状态(3):黑球1结合白球2,余下的两球再结合在一起
其中微观状态(2)和(3)组成了一个宏观状态——盒子里有两个NO
微观状态(1)组成了另一个宏观状态——盒子里有一个N2分子,一个O2分子
【 在 hillhong (aiming 98%) 的大作中提到: 】
: 分格想法很好,但是忘了一个假设:每一个格子可以并且只能放一个分子
: 你用有色球理解就很容易了
: 起初盒子里有两个黑色的球,因为不可区分,所以熵是S=kln(1),这是100万个NO的情形
: ...................
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em……我理解的宏观状态跟微观状态的区别在于:
我们人类作为观察者可以将各个宏观状态彼此区分开,而无法将各个微观状态区分开来。
能这么想吗?
专业的书太难了,看不进去:-P 想偷懒,所以才来bbs找高手的~
【 在 hillhong (aiming 98%) 的大作中提到: 】
: 宏观跟微观是相对的,随着对象的不同也会不同
可是我觉得宏观微观的相对性是取决于观察者的。
: 课本上的例子不是很恰当
: 这些问题随便找本统计热力学的书都会讲得很清楚
: ...................
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修改:limbusdog FROM 220.113.4.*
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这样的话,两个NO的熵就比一个N2一个O2的熵要大了呀……
【 在 hillhong (aiming 98%) 的大作中提到: 】
: 不错
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嗯……我想说的是,照我那么想的话好像是反的
【 在 hillhong (aiming 98%) 的大作中提到: 】
: 不错
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【 在 hillhong (aiming 98%) 的大作中提到: 】
: 微观状态(2)和(3)不可分
所以构成同一个宏观状态
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!!!
明白hillhong的意思了,也知道自己的误区在哪了,我回去再多想想~~~
谢谢hillhong在深夜解答我的困惑^_^
【 在 hillhong (aiming 98%) 的大作中提到: 】
: 我是说本来就是同一个微观状态,因为白球1和白球2没差别
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哇,hillhong在米国?
【 在 hillhong (aiming 98%) 的大作中提到: 】
: 我是白天,哈哈
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