谈谈熵的概念

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1、淡淡犒的概念何志巍王家慧金仲辉一、“墻”字的来源埔这个物理学名词是由克劳修斯创造出米的,畑j的英文名为entropy。这个词山字头cn利字丿Wtropy构成。En农示与energyII冇类似的形式,tropy表示转变的息思。1925年5月25H艸朗克4我国东南大学作学术报告，我国物理学家老询芈胡刚复教授首次将entropy翻译成“爛”。埔表示两个星（热量Q和温度T）相除称为商，加“火”字旁表示它为热学呈。胡刚复教授（1892〜1966）于1909年入哈佛大学，1913年毕业，1918年获得博士学位，先后在东南大学、浙江大学、交通大学等校任教°1952年受聘南开人学教授。我国著名物理学家吴

2、有训、严济慈、钱临昭等都是他的学生。二、“爛”概念的来源我们知道，为了定量表述热力学第零定律（即热平衡规律）建立了温度的概念；为了定量表述热力学第一定律，建立了内能的概念；与此类似，为了定量表述热力学第一•定律，才建必了爛的概念。爛表示了物理过程的方向性的特征，物理过程的方向性用爛增加原理來表示。埔的概念比较抽彖，初次接触它，很难透彻了解。但爛的概念很豆要，随着科技的发展，很多学科都引入了爛的概念，所以对于爛的学习也显得越來越电要，有人说，爛概念的眞要性丝毫不亚于能虽的概念。1854年克劳修斯在研究卡诺热机时，发表了一篇论文《论热的动力理论的第二原理的另一形式》，捉出了埔的概念。根据卡诺

3、定理，对F任盘可逆循环，有^^=0。（1）上式称为克劳修斯等式，这个等式表明存在着一个状态函数，称此状态函数为爛（S）。在可逆过程屮，有d5=咚，（2）T或叮勞⑶匕式定义了两个状态间的埔差。为了完全确定荣状态爛的数值，需耍确定一个参考态，并规定其嫡偵，犹如我们巾用力场屮确定一个物体的势能值,必须选择一个参考点的势能值。埔和能G不同，它并不逍循任何守恒定律。三、“炳”所遵循的规律系统经过一个绝热过程后，爛永不减少，即dSM咚，（4）T上武表明，如果绝热过程是可逆的，则d5=^=0；T如果绝热过程是不可逆的，则dS>0。由于孤立系必然是绝热的，因此嫡增加原理也适用于孤立系统。举两个例了。（1

4、）一滴墨水滴到一杯静水中，墨水分了靠着扩散慢慢达到墨水分子在水中均匀分布°（2）一个鸡蛋在一定高度下落在碗中摔破。这两个例子都是讨论孤立系内发生的不可逆过程，因为无论我们等待多长时间，不可能出现在杯中均匀分布的墨水分了重新聚集成一滴墨水和碗中破碎的鸡蛋取新恢复成完整如初的鸡蛋。上述两个例子都是埔值增大的过程，也是状态由有序变成无序的过程。原来一滴墨水分了•都足衆集住杯水屮某处，墨水分子排列非常有序，待星后扩散至杯水中均匀分布就成为放无序的分布了。原來未破的鸡蛋组成很有序，蛋黄、蛋淸和蛋壳依次序由内至外排序，而鸡蛋一经摔破，蛋黄、蛋清和蛋壳的有序排列被破坏成无序的排列。所以，我们可以说，孤

5、立系内的不可逆过程是埔由小变大的过程，也就是系统状态由有洋变成无序的过程。再举一个例子。讨论一个绝热盒子内的六个全同分孑（a、b、c、d、e>f）在盒内等体积的左、右室内分布问题，如图1所示，如果a分子在左室，其他五个分了在右室的状态与c分了在左宅，具他五个分了•在右宅。我们认为这两种状态是相同的。根据概率论，左室有山个分子，右室有巾个分子的相同分部的状态数W山下式决定,(5)H

6、!n2!其中N=ng，由讨论条件N=6,表1列出了还如，若从单一热源吸热使Z完全转换成有用功，而不产生其他影响成为可能的话，那么海洋中的船只仅仅吸取海水的能量就可航行了。显然，这也是不可能的。2.克劳修斯丧述：

7、不可能把热呆从低温物体传计算结杲。表1左屯5

8、)右空(n2)微观状态数6015164215332()2415156061wfk向高温物体而不引起其他影响。一个实际的宏观系统，N是极大的，具有〜IO??的数量级。如果N很大,则左室内分子所占总分子数的百分比如图2所示。图2o说明，对于一个宏观系统，在平衡态下,50%冈2100%金内的分了实际上是均匀分布的，处于放无序的状态，即爛值加大的状态。四、“墻”与热力学第二定律的关系热力学第二定律实质上是讨论过程方向性的问题。所以该定律可以有多种表述方式，在大学基础物理学教材中，基本上有两种表述方法，即开尔文表述和克劳修斯表述。1.开尔文衣述：不可能

9、从单一热源吸热使Z完全转化成有用功而不产生其他滋响。开尔文表述实际上说明了功热转化的不叮逆性。例如我们用i块木头骷希桌面往返运动，克服木块与桌面间摩擦力所做的功，町以100%转换成热升。这足-个有序的机械运动成更无序的分子运动结果，也是埔值由小变大的增加过程。那么，我们是否可以期待它的逆过程产牛呢？即期待木块和桌面恢复到原状态，木块自发作往返运动？这显然是不可能发生的过稈。因为爛值大的无序度高的分子热运动不可能自发转换成一个爛值小的