什么是熵?

2024-11-25 18:50:35
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回答1:

熵的定义如下。
假设在不改变宏观物质的表现的情况下,微观分子的可能排列的总数为W
则熵S=lgW
譬如,一个很乱的书架,共有3层,上面随机放着十本书。那么,
W=10^3,S=lgW=3
实际上熵是一个表明系统混沌程度的 状态 量.
系统经绝热过程由一状态达到另一状态熵值不减少——熵增原理(the principle of the increase of entropy)

对绝热过程,ΔQ = 0 ,有ΔS(绝热)>= 0(大于时候不可逆,等于时候可逆) 或 dS(绝热)>= 0 (>0不可逆;=0可逆)

熵增原理表明,在绝热条件下,只可能发生dS>=0 的过程,其中dS = 0 表示可逆过程;dS> 0表示不可逆过程,dS<0 过程是不可能发生的。但可逆过程毕竟是一个理想过程。因此,在绝热条件下,一切可能发生的实际过程都使系统的熵增大,直到达到平衡态。

(参照:多媒体CAI物理化学第四版:大连理工大学出版社)

熵增原理是一条与能量守恒有同等地位的物理学原理。

熵增原理是适合热力学孤立体系的,能量守恒定律是描述自然界普遍适用的定律。 熵增定律仅适合于孤立体系,这是问题的关键。实际上,绝对的联系和相对的孤立的综合,才是事物运动的本质。虽然从处理方法上讲,假定自然界存在孤立过程是可以的。但是从本质上讲,把某一事物从自然界中孤立出来是带有主观色彩的。当系统不再人为地被孤立的时候,它就不再是只有熵增,而是既有熵增,又有熵减了。于是可以看到能量守恒定律仍然有效。

熵总是联系着大量子系统,而人类社会正是这样一个复杂的体系。在人类社会中不仅有熵增,而且有熵减,这就使关于人类的科学与整个自然科学产生分歧,出现自然科学与人文科学的矛盾。

我们知道,在科学中有三个基本定律,即质量守恒定律,能量守恒定律和熵增定律。质量、能量守恒定律在微观领域又被推广为质、能相关定律。质量守恒定律,能量守恒定律和质能相关定律在数学上表示为等式。而熵增定律则是不等式 , 即在孤立系中 , 熵增总是大于或等于零 ( △ S ≥ 0) 。在这种等式与不等式的差别中,隐含着深刻的意义。

从系统三象性的基点来看,问题是这样的:任何系统状态 ( 点 ) 上物质性、能量性、信息性不可分离地共存着,但物质 ( 质量 ) 和能量是守恒的,而信息却 ( 信息是负熵 ) 不守恒。

由于在孤立系中熵总是增加的,而熵是混乱度。那么,系统在孤立情况下总是自动地趋向于混乱与无序,这就与生物的有序化发展产生矛盾,出现克劳胥斯与达尔文的分裂。

由于熵总是增加的,因而过程就出现单一的时间之矢,从而是不可逆的,这就与牛顿力学的可逆时间产生矛盾,出现牛顿、爱因斯坦与普里戈金、哈肯的分裂。

熵总是联系着大量子系统,而人类社会正是这样一个复杂的体系。在人类社会中不仅有熵增,而且有熵减,这就使关于人类的科学与整个自然科学产生分歧,出现自然科学与人文科学的矛盾。

质量守恒定律和能量守恒定律是自然界的普适定律,而熵增定律则适合于热力学孤立体系。任一质点或任一质点系都适合于质量守恒定律和能量守恒定律,但一个质点就谈不上熵增,非孤立体系的熵也不一定增加。

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