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壹個物理術語,熱量除以溫度得到的商,表示熱量轉化為功的程度[熵]
物理意義:物質處於微熱運動時混沌程度的標誌。
熱力學中表征物質狀態的參數之壹,通常用符號s表示,在經典熱力學中,可用增量可定義為ds = (dq/t),其中t為物質的熱力學溫度;DQ是熵增過程中加到物質上的熱量;下標“可逆”是指加熱過程引起的變化過程是可逆的。如果過程是不可逆的,DS > (DQ/T)就是不可逆的。物質單位質量的熵稱為比熵,記為s,熵本來是根據熱力學第二定律反映自發過程不可逆性的物質狀態參數。熱力學第二定律是從大量的觀察結果中總結出來的定律,有如下表述:①熱量總是從壹個高溫物體向壹個低溫物體傳遞,不可能進行相反的傳遞而不引起其他變化;(2)功可以完全轉化為熱,但任何熱機都不能將接收到的熱完全連續地轉化為功(也就是做不出第二類永動機);③在壹個孤立的系統中,實際過程總是增加整個系統的熵,這就是熵增原理。摩擦不可逆地將壹部分機械能轉化為熱能,增加了熵。熱量dQ從高溫(T1)物體傳遞到低溫(T2)物體。高溫物體的熵減少dS1=dQ/T1,低溫物體的熵增加dS2=dQ/T2。當這兩個物體結合成壹個系統時,熵的變化是DS = DS2-DS1。
◎物理上是指熱能除以溫度得到的商,表示熱量轉化為功的程度。
◎在科學技術中,壹般指某些物質系統狀態的壹種Liang程度,以及某些物質系統狀態的可能程度。社會科學也用它來比喻人類社會某些狀態的程度。
在信息論中,熵是不確定性的度量。
1.只有當妳所使用的特定系統中的能量密度不均勻時,能量才能轉化為功。此時,能量傾向於從較高的密度流向較低的密度,直到壹切都變得均勻。正是通過這種能量流,妳可以從能量中得到功。
河源的水位比較高,那裏的水的勢能也比河口的水大。由於這個原因,水順流而下流入海洋。如果沒有下雨,大陸上的水都流入海洋了,海平面會略有上升。此時總勢能保持不變。但是分布比較均勻。
就是水往下流的時候,水車才能轉動,水才能做功。同壹水平面上的水不能做功,即使是在很高的高原上,也是如此,所以勢能極高,不能做功。這裏起決定作用的是能量密度的差異和向均質化方向的流動。
熵是對混亂和無序的壹種度量。熵越大,混亂無序的程度就越大。我們的宇宙是壹個熵增的宇宙。熱力學第二定律體現了這壹特點。生活是高度有序的,智慧是高度有序的。為什麽生命會出現在熵增的宇宙中?會進化出智慧?(負熵)熱力學第二定律也揭示了局部有序是可能的,但必須以其他地方更大的無序為代價。人需要能量和食物才能生存,代價是動植物的死亡(熵增)。萬物靠太陽生長。動植物的順序是以太陽核反應耗盡(熵增)或其他熵增情況為代價的。人們被鎖在完全封閉的鉛盒裏。妳不能用其他地方熵的增加來維持妳的負熵。在這個相對封閉的系統中,熵增定律破壞了生命的秩序。熵是時間之箭,在這個宇宙中是不可逆的。熵與時間密切相關。如果時間停止“流動”,就談不上熵增。“任何我們知道可以鎖定的東西”不是別的。是“時間”。低溫也是“時間”。生命是物質的有序“結構”。“結構”和具體物質不是壹個層次的概念,就像建築材料和建築風格不是壹個層次的概念壹樣。生物學證明,任何到了上網年齡的人,身體裏沒有壹個原子是天生的。然而,妳還是出生了。生活還在繼續。死了的人可以在體內長時間保持分子不被代謝。意識比生命更有序,可以在生命之間傳遞。說到這裏,我想物質和意識的等級關系應該是清楚的。這裏之所以引用“唯物主義”這個詞,是因為它不徹底。為什麽熵減是這個宇宙的本質無法回答。(摘自人民日報BBS論壇)
任何壹種能量都是如此。在蒸汽機中,有壹個熱存儲器把水變成蒸汽,有壹個冷存儲器把蒸汽凝結成水。正是這種溫差起了決定性的作用。在任何單壹的、無差別的溫度下,無論多高,都不可能得到任何作品。
“熵”是德國物理學家克勞修斯(1822–1888)在1850年創造的壹個術語。他用它來表達空間中任何壹種能量分布的均勻性。能量分布越均勻,熵就越大。如果我們所考慮的系統的能量分布是完全均勻的,那麽這個系統的熵將達到最大值。
按照克勞修斯的說法,在壹個系統中,如果允許它自然發展,那麽能量差總是趨向於被消除。讓壹個熱的物體與壹個冷的物體接觸,熱量會以如下方式流動:熱的物體會冷卻,冷的物體會變熱,直到兩個物體達到相同的溫度。如果兩個水庫相連,其中壹個水庫的水位高於另壹個,那麽重力就會降低壹個水庫的水位,提高另壹個水庫的水位,直到兩個水庫的水位相等,勢能均勻。
因此,克勞修斯說,自然界的壹個普遍規律是,能量密度的差異趨於相等。換句話說,“熵會隨著時間增加”。
過去對能量從密度較高的地方流向密度較低的地方的研究,主要是在熱量的能量形式上進行的。因此,能量流動和功-能轉換的科學稱為“熱力學”,它來源於希臘語“熱運動”。
人們早就斷定能量既不能創造也不能消滅。這是最基本的規律;所以人們稱之為“熱力學第壹定律”。
克勞修斯的熵隨時間增加的說法,似乎幾乎是壹個非常基本的普遍規律,所以被稱為“熱力學第二定律”。
2.信息論中的熵:信息的度量單位:信息論創始人香農在其著作《通信的數學理論》中提出的信息度量,以概率和統計模型為基礎。他將信息定義為“用來消除不確定性的東西”。
香農公式:I(A)=-logP(A)
I(A)度量事件A的發生所提供的信息,稱為事件A的自身信息,P(A)是事件A發生的概率..如果壹個隨機實驗有n個可能的結果或者壹個隨機消息有n個可能的值,如果它們的概率分別是p1,p2,…,pN,那麽這些事件的自身信息的平均值:
H=-SUM(pi/log(pi)),i=1,2…N .h叫做熵。
描述熱力學系統的重要狀態函數之壹。熵的大小反映了系統的穩定性,熵的變化表明了熱力學過程的方向,熵為熱力學第二定律提供了壹個定量的表達。
為了定量表達熱力學第二定律,我們應該尋找壹個在可逆過程中不變,在不可逆過程中單調變化的狀態函數。克勞修斯研究卡諾熱機時,根據卡諾定理,發現它存在於任何循環過程中,其中q是系統從溫度為t的熱源吸收的微小熱量,等號和不等號分別對應可逆和不可逆過程。可逆循環表明狀態函數熵的存在,其定義為
對於絕熱過程q = 0,所以S≥0,即系統的熵在可逆絕熱過程中保持不變,在不可逆絕熱過程中單調增加。這就是熵增原理。由於孤立系統的壹切變化都與外界無關,必然是絕熱過程,所以熵增原理也可以表述為:孤立系統的熵永遠不會減少。它表明孤立系統的熵隨著從非平衡狀態向平衡狀態移動而單調增加,當系統達到平衡狀態時達到最大值。熵的變化和最大值決定了孤立系統過程的方向和極限,熵增原理是熱力學第二定律。
能量是物質運動的量度,有多種形式,可以相互轉換。某種形式的能量越多,如內能,表明轉化的潛力越大。熵的原詞是轉化的意思,描述了內部能量與其他形式能量之間自發轉化的方向和程度。隨著轉化,系統趨於平衡,熵值越來越大,說明在這個過程中雖然總能量值不變,但可供利用或轉化的能量越來越少。內能、熵、熱力學第壹定律和第二定律使人們對與熱運動有關的能量轉換過程的基本特征有了全面完整的認識。
微觀上,熵是組成壹個系統的大量微觀粒子的無序程度的量度。系統越無序,越混亂,熵就越大。熱力學過程不可逆性的微觀本質和統計意義是系統從有序走向無序,從概率較小的狀態走向概率較大的狀態。
在信息論中,熵可以用來衡量事件的不確定性。信息量越大,架構越規則,功能越完善,熵越小。利用熵的概念,我們可以從理論上研究信息的測量、傳遞、轉換和存儲。此外,熵在控制論、概率論、數論、天體物理學、生命科學等領域也有壹些應用。
熱力學第零定律
A的溫度等於物體B的溫度,當物體B的溫度等於物體C的溫度時,物體A的溫度等於物體C的溫度。