【物理学导论-热学】第10章熵概念的推广

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1、一.熵与能量热律：能量守恒热律：能量转化能力有序无序能力强能力弱有序到无序能量转化过程不可逆一部分能量不能再作功--能量退化*§4熵概念的推广1对热律深入认识A)能量退化角度认识孤立系统内发生的自发过程必然导致能量的退化B)熵的角度认识孤立系统…导致熵的增加熵是能量不可用程度的量度能量危机就是熵的危机2二.熵与时间1.时间反演的对称性物理学中很多领域时间本质上都在描述可逆过程从现在可知过去也可知道未来2.自然界存在的基本不对称性热现象不具有时间反演对称性3数学家史蒂芬指出：至少存在三个时间箭头将过去和将来分开三个箭头所指方向一

2、致热力学箭头无序度增加的时间方向只能记住过去心理学箭头宇宙膨胀宇宙学箭头4三.熵与信息香农：信息是事物肯定程度的量度熵增等于信息的减少信息与负熵等效信息熵对某种事物作出完全判断所缺的信息量信息的获得意味着各种可能性中概率分布的集中5四.熵与社会可持续发展环保61.问题的提出1)按克劳修斯热力学理论退化孤立系统朝均匀简单消除差异的方向发展初态→末态有序→无序非平衡→平衡熵增加能量退化五.熵与生命开放系统热力学第二律的普遍形式72）按达尔文进化论生物由单细胞人进化(极为有序)越来越复杂越来越有序(熵减少)82.自组织现象1）现象在一定外界条

3、件下系统内部自发地由无序有序的现象无生命和有生命世界都有自组织现象(变为有序)(蜂窝毛皮花纹)空间有序时间有序(候鸟迁徙)92）耗散结构-----自组织形成的有序结构自组织现象是自发进行的但需外界提供触发条件耗散外界的能量质量103.开放系统　热力学第二律的普遍形式1.）孤立系统自发过程：有序无序内部不可逆过程引起的熵变-----熵产生diS由熵增加原理外界孤立系统diS(和外界无能量和物质的交换)112）开放系统(和外界有能量和物质的交换)熵变diS(系统熵产生)deS(与外界交换能量和物质引起的熵变)----熵流deS可

4、<0(负熵流)=0>0(正熵流)外界系统diSdeS实现自组织现象系统必须开放12开放系统总熵变：(1)若deS<0(负熵流)且

5、deS

6、>diS(0)则dS=diS+deS<0则dS=diS+deS>0(2)若deS>0(正熵流)系统更混乱负熵流可使开放系统熵减少变得更有序实现自组织若为正熵流则系统不会实现自组织13∴3）热二律的普遍形式开放系统经历任何过程系统的总熵变永不小于熵流要求>014开放系统自外界吸取能量即输入负熵对孤立系统deS=0开放系统的熵可增可减dS=diS0(回到原来的热二律)15普里高津(I.Prigog

7、ing比利时)1967年提出耗散结构1977年获NobelPrize(化学〕4.生命过程耗散结构打开从物理科学生命科学的窗口16生命过程---耗散过程热平衡----死亡薛定谔：生命是什么?“生命之所以能存在，就在于从环境中不断得到‘负熵’”高熵---混乱要活着---身体保持低熵状态“有机体是依赖负熵为生的”----生命的热力学基础17(碳水化合物净水)物质(化学能)能量负熵(CO2污水排泄物等)物质能量(功热)正熵有机体开放系统18必须是开放系统维持低熵状态低熵高能食物----如碳水化合物低熵低能食物----净水动物要吃低

8、熵食物有机物和周围环境有物质和能量交换小结：摄入低熵物质排出高熵物质将来食品是否应标注:低熵还是高熵?19