问题
问答题
一只花瓶从某一高处自由落下,落到地面上摔碎的过程中熵将怎样变化?试分析说明.
答案
解:一只花瓶从某一高处自由落下,随着花瓶的下落,其速度增加(忽略空气阻力),动能也增加.但是能量的这种增加不改变花瓶的熵.如果“咔嗒”一声,花瓶到达地面摔碎了,并且停在那里,这个现象的能量转换又该如何分析?有人说,这是一个与热现象无关的典型力学问题,即通过碰撞花瓶把动能(及内部的一部分结合能)传给地面,使其增加了能量,结论自然不错,但似乎没有说明能量的最终去向.其实坠落的花瓶被摔碎本身是个不可逆过程,而不可逆过程也必然与热现象有关.花瓶因重力做功而获得的动能Ek通过与地面及附近的空气分子碰撞,最终把能量耗散到房间里的大量原子上去了,这一能量耗散增加了房间里空气分子无规则运动的能量(无序程度增加).从而增加了房间里的熵,熵的增加将与房间得到的大小为Q=△Ek=Mgh的热量相同.我们可以得出结论:当房间达到平衡分布后,房间里的熵的增加量为△S= Mgh/T(因为△S= Q/T).