熵增原理

科技名词定义
中文名称:熵增原理
英文名称:principle of entropy increase
定义:在孤立热力系所发生的不可逆微变化过程中,熵的变化量永远大于系统从热源吸收的热量与热源的热力学温度之比。可用于度量过程存在不可逆性的程度。
应用学科:电力(一级学科);通论(二级学科)

简介

    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。
    玻尔兹曼曾经通过仔细研究两个球形分子碰撞前与碰撞后的景象,宣称能证明碰撞前的熵小于撞后的熵,因此熵在增加。但是他的证明是错的,原因是如果是这样,同样的论证过程可以运用在时间的反方向上,那么也应该是熵增,时间反方向上熵增,也就说明正方向上是熵减。
    那什么是对的呢?基本而言,无论从正向时间或反向时间看,熵都有往最大值跑的趋势。也就是说只能这么说从长时间来看,熵处于最大熵的可能性要大点。而熵增或熵减并不是能够从物理上推论出来的物理原理。
    那问题是:为什么我们这个宇宙处于一个熵增的过程?目前物理界的解释是,因为我们这个世界的初始条件是熵极小的大爆炸前的那个点,而这决定了这个世界从今往后要经历一段非常长的熵增过程。(参考罗杰斯.彭罗斯的著作《the Road to the Reality》(现实之路)[1])
(参照:多媒体CAI物理化学第四版:大连理工大学出版社)

重要地位

    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。


三个基本定律

    我们知道,在科学中有三个基本定律,即质量守恒定律,能量守恒定律和电荷守恒定律。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。所以熵并非“混乱度”的表征,不要把熵和“混乱度”简单的联系在一起。
    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。

原文地址:http://baike.baidu.com/view/354435.htm

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