陈龙法 phy01 微观理论中，N个分子可以看成是N个全同的自由粒子，而N个粒子又是分布在许多分立的能级上，如ε1能级有N1个粒子，εi能级上有Ni个粒子……，N1，N2，…，Ni …称为粒子的分布。宏观理论中的系统处于平衡状态，在微观理论中是粒子处在最可几分布

做功和热传递改变系统内能的微观解释

福建省石狮市石光中学 陈龙法

做功和热传递是使系统能量改变的两种方式。设想一个边长为Ｌ、体积为Ｖ的立方盒，盒内有Ｎ个单原子分子的理想气体系统，当系统处于平衡状态时，温度为Ｔ、压强为Ｐ，内能为Ｕ。当外界对系统做功为dＷ(=-PdV)、传递热量为dＱ时，系统的内能增加了dU。根据热力学第一定律，有dU=dW+dQ=-PdV+dQ。微观解释如下。 在微观理论中，N个分子可以看成是N个全同的自由粒子，而N个粒子又是分布在许多分立的能级上，如ε1能级有N1个粒子，εi能级上有Ni个粒子……，N1，N2，…，Ni …称为粒子的分布。宏观理论中的系统处于平衡状态，在微观理论中是粒子处在最可几分布，可用，，………来表示，如图1。系统的内能，内能的变化，这表明内能U的变化是由两项因素引起的。 项，表示由于每个能级εi的能量值大小发生变化。项，表示由于能级εi上的粒子最可几分布数的多少发生变化。 能级εi的能量值发生变化的原因是由于外界对系统做了功。根据量子力学理论，能级εi的能量值，式中m为粒子的质量，h为普朗克常数，为量子数。当外界对系统做功时，系统的体积减小（即PdV<0），由前式可以看出，εi的能量值要增大(即>0)，但是能级εi上的粒子分布数并未改变，如图2所示。对某一能级εi来说，个粒子增加的能量为，因此，对全部能级来说，能量总增加值为，这就是做功引起系统增加的内能。 使粒子在各能级上的最可几分布数发生变化(d>0，或d<0)的原因是由于外界向系统传递了热量(dQ)。当外界向系统传递热量时(dQ>0)，系统内粒子原有的热运动受到扰动，通过粒子相互间的碰撞，使粒子又达到一个新的最可几分布，如，，…，……，因此，能级εi上的粒子分布数改变了d。总的来说，有较多的粒子跃迁到更高的能级上去，但是能级εi的能量值并没有变化，如图3所示。对某一个能级εi来说，由于粒子数变化而引起的能量变化为，对所有的能级来说，能量变化为，这就是外界传递热量引起系统增加的内能。 总之，在准静态过程中，如果外界对系统做功，将不改变粒子数分布而使能级εi的能量值发生变化；如果外界对系统传热，将不改变能级εi的能量值而使粒子重新分布，分布数发生了变化，较多的粒子跃迁到高能级上。做功和热传递都使系统的内能增加。

来自: 中基网>>教学科研