结构推理
在一个容器内有两种不同的气体,其熵分别是S1及S2,试利用玻尔兹曼公式S=klnW证明,此混合气体的熵S=S1+S2.
【正确答案】玻尔兹曼关系S=klnW是联系宏观量熵与微观状态的重要关系.统计物理定义的熵与系统微观状态数的对数成正比,因而与热力学态所包含的微观状态的多少成正相关关系.
设W1是由第一种分子单独组态时的状态数,则根据玻尔兹曼关系,第一种气体的熵为
S1=klnW1. (1)
同样,假设W2是第二种气体单独组态时的状态数,其熵为
S1=klnW2. (2)
对于混合气体,两种不同气体可被认为是彼此独立的,其状态数应为
W=W1·W2. (3)
再利用玻尔兹曼公式,得混合气体的熵
S=klnW=kln(W1W2)
=klnW1+klnW2=S1+S2. (4)
这一结论表明熵是态函数,具有可加性.
【答案解析】