有关熵概念的理解

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1、有关熵概念的理解【摘要】:本文主要讲述了熵的概念的起源，熵的两个定义，如何正确，感性的去理解这个复杂的概念，以及熵在判断化学反应方向过程中的局限性和为什么会有这样的局限性。【关键词】时光倒流时间箭头熵增原理生物进化社会制度发展一．引言在学了化学导读课的化学热力学部分（特别是化学反应方向的判据）后，我对各种化学反应有了更深的认识。从前高中只是讲了各种具体的化学反应，它们是怎样的原理和现象。现在却能够从更深的层次上理解各种化学反应了，而且知道了各种化学反应背后普遍存在的一些东西。化学反应的正确判据是吉布斯自由能变

2、。化学反应总是朝着吉布斯自由能减少的方向进行。吉布斯自由能是把熵和焓归并在一起的热力学函数。焓的概念比较好理解，就是相当于在等压条件下只做体积膨胀功吸收（放出）的热量，也就是高中常写的热化学方程式中的H。当时认为H就是Q，这实际上不是很准确。而熵的概念理解起来却比较有难度。化学书上讲的熵是从微观上定义的，也就是体系混乱度（或有序度）的量度。因为化学上主要是研究物质的变化，故更侧重于熵的这种波尔兹曼定义。但是实际上熵还有一种定义，课本上也提到了一点，也就是热温熵。这两种定义到底有什么样的联系。熵到底怎样去形象的

3、理解它。搞清楚这些东西有助于我对吉布斯自由能判别化学反应进行方向的正确理解。故本文主要是关于正确的理解熵的。下面是其他人所做的优秀的工作：1.在北京大学出版社，华彤文、杨骏英、陈景祖、刘淑珍编的《普通化学原理》讲到了熵的概念、常见物质的标准熵、熵值的一些规律。特别是熵值的一些规律，有助于形象的理解熵。特别是可以知道几个物质，就可以粗略的比较一下熵的大小。2.在上海科学技术出版社，费恩曼、莱顿、桑兹著，郑永令、华宏鸣、吴子仪等译的《费恩曼物理学讲义》中讲到了熵，非常的形象，有助于理解熵这个复杂的概念。3.在东方

4、出版社，姜范恩著，李乃信译的《热的简史》中也讲到了熵。姜范恩是诺贝尔化学奖得主，他的语言非常生动，易于理解。4.在科学出版社，冯端、冯少彤著的《溯源探幽，熵的世界》中讲到了熵，特别是对于熵和能的关系，熵作为判断反应进行的方向的判据的局限性及其原因讲的非常精彩，接近问题的实质。本文中的很多理解都是来源于这些人的工作，以及自己的一些思考。二．熵概念的发展史熵是一个极其重要的物理量，但却又以其难懂而闻名于世。克劳修斯于1865年首先引入它，用来定量地阐明热力学第二定律。正如克劳修斯本人所说的：“在头脑中掌握第二定律

5、要比第一定律困难得多。”这样，他从明确地表述第二定律到正式引入熵的概念，足足经历了15个春秋。最初，克劳修斯引进态函数熵，是建立在守恒的概念上的。其本意只是希望用一种新的形式，去表达一个热机在其循环过程中所要求具备的条件。熵的最初定义集中于守恒这一点上：无论循环是不是理想的，在每一次循环结束时，系统的状态函数熵，都回到它的初始数值。后来，玻耳兹曼于l872年推导了玻耳兹曼方程式和H定理；于l877年隐指了玻耳兹曼关系式，赋予了熵的统计解释，大大地丰富了它的物理内涵。明确了它的应用范围。20世纪初能斯特（H.W

6、.Nernst）发现了热定理，并进一步完善，发展为热力学第三定律，使得“绝对熵”的测定成为可能。为了运用热力学函数处理实际非理想体系，路易斯（G.N.Lewis）提出逸度和活度的概念。至此，经典热力学建立起完整的理论体系。到1929年，西拉德又发现了熵与信息的关系，揭示了熵含意的新层次，进一步扩大了熵的应用面。l958年，柯耳莫古洛夫又将动力学熵的概念引入了非线性动力学之中，成为处理复杂性问题的一个工具。目前，不仅在自然科学与工程技术的许多领域，如物理学、化学、生物学、信息科学与工程、动力工程及致冷工程等，会

7、遇到熵的踪迹，就是在社会科学甚至人文科学的书籍与文章中，也经常会碰见熵这一名词。英国作家史诺(C．P．Snow)在他的有关两种文化的两次演讲中都曾经谈及：“人文知识分子不懂热力学第二定律。就好像科学家未读过莎士比亚一样令人遗憾。”他还说：“这个定律是一个最深刻、最普遍的定律。它有着自身忧郁的美，像所有重要的科学定律一样，引起人们的崇敬之情。”【4】二．熵的概念1.熵概念的引出1）热力学第二定律A.克劳修斯（Clausius）表述： 不可能把热从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化。B.开尔文（Kelvin）

8、表述：1.不可能从单一热源取出热使之完全变为功，而不发生其他变化。2不可能设计成这样一种机器，这种机器能循环不断地工作，它仅仅从单一热源吸取热量变为功，而没有任何其他变化。3第二类永动机是不可能造成的。2）卡诺循环1可逆卡诺机：     （理想或实际气体）2若可逆卡诺机倒开，制冷机冷冻系数：   3对可逆卡诺循环，有2.熵的宏观定义（克劳修斯熵）  1）任意可逆循环过程的热温熵的闭合曲线积分为零。2