請問大家 什麼叫做「分熵學」?它的含義是什麼

2022-10-12 09:15:15 字數 4545 閱讀 9755

1樓:匿名使用者

熵 shāng

〈名〉物理名詞,用溫度除熱量所得的商,標誌熱量轉化為功的程度 [entropy]

物理意義:物質微觀熱運動時,混亂程度的標誌。

熱力學中表徵物質狀態的參量之一,通常用符號s表示。在經典熱力學中,可用增量定義為ds=(dq/t),式中t為物質的熱力學溫度;dq為熵增過程中加入物質的熱量。下標「可逆」表示加熱過程所引起的變化過程是可逆的。

若過程是不可逆的,則ds>(dq/t)不可逆。單位質量物質的熵稱為比熵,記為s。熵最初是根據熱力學第二定律引出的一個反映自發過程不可逆性的物質狀態參量。

熱力學第二定律是根據大量觀察結果總結出來的規律,有下述表述方式:①熱量總是從高溫物體傳到低溫物體,不可能作相反的傳遞而不引起其他的變化;②功可以全部轉化為熱,但任何熱機不能全部地、連續不斷地把所接受的熱量轉變為功(即無法制造第二類永動機);③在孤立系統中,實際發生的過程總使整個系統的熵值增大,此即熵增原理。摩擦使一部分機械能不可逆地轉變為熱,使熵增加。

熱量dq由高溫(t1)物體傳至低溫(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,把兩個物體合起來當成一個系統來看,熵的變化是ds=ds2-ds1>0,即熵是增加的。

◎ 物理學上指熱能除以溫度所得的商,標誌熱量轉化為功的程度。

◎ 科學技術上泛指某些物質系統狀態的一種量(liàng)度,某些物質系統狀態可能出現的程度。亦被社會科學用以借喻人類社會某些狀態的程度。

◎ 在資訊理論中,熵表示的是不確定性的量度。

只有當你所使用的那個特定系統中的能量密度參差不齊的時候,能量才能夠轉化為功,這時,能量傾向於從密度較高的地方流向密度較低的地方,直到一切都達到均勻為止。正是依靠能量的這種流動,你才能從能量得到功。

江河發源地的水位比較高,那裡的水的勢能也比河口的水的勢能來得大。由於這個原因,水就沿著江河向下流入海洋。要不是下雨的話,大陸上所有的水就會全部流入海洋,而海平面將稍稍升高。

總勢能這時保持不變。但分佈得比較均勻。

正是在水往下流的時候,可以使水輪轉動起來,因而水就能夠做功。處在同一個水平面上的水是無法做功的,即使這些水是處在很高的高原上,因而具有異常高的勢能,同樣做不了功。在這裡起決定性作用的是能量密度的差異和朝著均勻化方向的流動。

熵是混亂和無序的度量。熵值越大,混亂無序的程度越大。我們這個宇宙是熵增的宇宙。

熱力學第二定律體現的就是這個特徵。生命是高度的有序,智慧是高度的有序,在一個熵增的宇宙為什麼會出現生命?會進化出智慧?

(負熵) 。熱力學第二定律還揭示了:區域性的有序是可能的,但必須以其他地方的更大無序為代價。

人生存,就要能量,要食物,要以動植物的死亡(熵增)為代價。萬物生長靠太陽。動植物的有序又是以太陽核反應的衰竭(熵增)或其他形式的熵增為代價的。

人關在完全封閉的鉛盒子裡,無法以其他地方的熵增維持自己的負熵。在這個相對封閉的系統中,熵增的法則破壞了生命的有序。熵是時間的箭頭,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」,熵增也就無從談起。「任何我們已知的物質能關住」的東西,不是別的,就是「時間」。

低溫關住的也是「時間」。生命是物質的有序「結構」。「結構」與具體的物質不是同一個層次的概念。

就像大廈的建築材料和大廈的式樣不是同一個層次的概念一樣。生物學已經證明,凡是上了歲數的人,身體中的原子,已經沒有一個是剛出生時候的了。但是,你還是你,我還是我,生命還在延續。

倒是死了的人,沒有了新陳代謝,身體中的分子可以保留很長時間。意識是比生命更高層次的有序,可以在生命之間傳遞。說到這裡,我想物質與意識的層次關係應該比較清楚了。

(摘自人民網bbs論壇)

不管對哪一種能量來說,情況都是如此。在蒸汽機中,有一個熱庫把水變成蒸汽,還有一個冷庫把蒸汽冷凝成水。起決定性作用的正是這個溫度差。

在任何單一的、毫無差別的溫度下——不管這個溫度有多高——是不可能得到任何功的。

「熵」(entropy)是德國物理學家克勞修斯(rudolf clausius, 1822 – 1888)在2023年創造的一個術語,他用它來表示任何一種能量在空間中分佈的均勻程度。能量分佈得越均勻,熵就越大。如果對於我們所考慮的那個系統來說,能量完全均勻地分佈,那麼,這個系統的熵就達到最大值。

在克勞修斯看來,在一個系統中,如果聽任它自然發展,那麼,能量差總是傾向於消除的。讓一個熱物體同一個冷物體相接觸,熱就會以下面所說的方式流動:熱物體將冷卻,冷物體將變熱,直到兩個物體達到相同的溫度為止。

如果把兩個水庫連線起來,並且其中一個水庫的水平面高於另一個水庫,那麼,萬有引力就會使一個水庫的水面降低,而使另一個水面升高,直到兩個水庫的水面均等,而勢能也取平為止。

因此,克勞修斯說,自然界中的一個普遍規律是:能量密度的差異傾向於變成均等。換句話說,「熵將隨著時間而增大」。

對於能量從密度較高的地方向密度較低的地方流動的研究,過去主要是對於熱這種能量形態進行的。因此,關於能量流動和功--能轉換的科學就被稱為「熱力學」,這是從希臘文「熱運動」一詞變來的。

人們早已斷定,能量既不能創造,也不能消滅。這是一條最基本的定律;所以人們把它稱為「熱力學第一定律」。

克勞修斯所提出的熵隨時間而增大的說法,看來差不多也是非常基本的一條普遍規律,所以它被稱為「熱力學第二定律」。

描述熱力學系統的重要態函式之一。熵的大小反映系統所處狀態的穩定情況,熵的變化指明熱力學過程進行的方向,熵為熱力學第二定律提供了定量表述。

為了定量表述熱力學第二定律,應該尋找一個在可逆過程中保持不變,在不可逆過程中單調變化的態函式。克勞修斯在研究卡諾熱機時,根據卡諾定理得出了對任意迴圈過程都都適用的一個公式 ,式中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。可逆迴圈的表明存在著一個態函式熵,可定義為另一式(參見相關著述)。

對於絕熱過程q=0,故s≥0,即系統的熵在可逆絕熱過程中不變,在不可逆絕熱過程中單調增大。這就是熵增加原理。由於孤立系統內部的一切變化與外界無關,必然是絕熱過程,所以熵增加原理也可表為:

一個孤立系統的熵永遠不會減少。它表明隨著孤立系統由非平衡態趨於平衡態,其熵單調增大,當系統達到平衡態時,熵達到最大值。熵的變化和最大值確定了孤立系統過程進行的方向和限度,熵增加原理就是熱力學第二定律。

能量是物質運動的一種量度,形式多樣,可以相互轉換。某種形式的能量如內能越多表明可供轉換的潛力越大。熵原文的字意是轉變,描述內能與其他形式能量自發轉換的方向和轉換完成的程度。

隨著轉換的進行,系統趨於平衡態,熵值越來越大,這表明雖然在此過程中能量總值不變,但可供利用或轉換的能量卻越來越少了 。 內能 、 熵和熱力學第

一、第二定律使人們對與熱運動相聯絡的能量轉換過程的基本特徵有了全面完整的認識。

從微觀上說,熵是組成系統的大量微觀粒子無序度的量度,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就是系統從有序趨於無序,從概率較小的狀態趨於概率較大的狀態。

產生這種現象的原因也很簡單,既自然界通向無序的方法遠多於通向有序的方法,打個比方,讓一群學生在操場上站好隊,需要一些手段,但要他們在操場上亂跑,就很簡單了。

資訊理論中的熵:資訊的度量單位。資訊理論的創始人shannon在其著作《通訊的數學理論》中提出了建立在概率統計模型上的資訊度量。他把資訊定義為「用來消除不確定性的東西」。

shannon公式:i(a)=-logp(a)

i(a)度量事件a發生所提供的資訊量,稱之為事件a的自資訊,p(a)為事件a發生的概率。如果一個隨機試驗有n個可能的結果或一個隨機訊息有n個可能值,若它們出現的概率分別為p1,p2,…,pn,則這些事件的自資訊的平均值:

h=-sum(pi*log(pi)),i=1,2…n。h稱為熵。

在資訊理論中,熵可用作某事件不確定度的量度。資訊量越大,體系結構越規則,功能越完善,熵就越小。利用熵的概念 ,可以從理論上研究資訊的計量 、傳遞 、變換 、儲存。

此外,熵在控制論、概率論、數論、天體物理、生命科學等領域也都有一定的應用。

在物理學中,玻爾茲曼說:「當能量被減少時,原子就呈現為一種更無序的狀態。」熵是對無序的一種度量:

那是一個意義深遠的概念,該概念就**於玻爾茲曼的新的解釋。另人吃驚的是,可製作一種度量無序的方法,那就是特殊狀態的概率——在次被定義為原子聚集方式的數量。他十分精確的表示為:

s=klogw

s是熵,它與給定狀態的概率w的對數值成正比,k是比例常數,現在稱為玻爾茲曼常數。

如果不是玻爾茲曼,我們的進步將會倒退幾十年,也許一百年。

他那不朽的公式s=klogw刻在他的墓碑上。

熵最早是熱力學上的一個符號,表達的是某一系統內部熱量平均化的程度。而後,這個概念被許多其他學科借用,引伸出更多的概念。但是不管在學科間如何變化,其表達的概念總是一個,就是,系統內部物質分佈平均化程度。

熵如今已經成為一個廣義化的概念而非物理學獨有的了。

熵是一個物理概念,以日常語言來說,往往就是失序.但熵與常識中的失序有很大的不同熱力學第二定律說的是,封閉系統的熵,總植無法降低.所謂封閉系統就是,就是質與能都無法自由進出的系統.

【分熵的特點】:

熵概念源於卡諾熱機迴圈效率的研究,是以熱溫商的形式而問世的,當計算某體系發生狀態變化所引起的熵變總離不開兩點,一是可逆過程;二是熱量的得失,故總熵概念擺脫不了熱溫商這個原始外衣。當用狀態數來認識熵的本質時,我們通過研究發現,理想氣體體系的總微觀狀態數受巨集觀的體積、溫度引數的控制,進而得到體系的總熵等於體積熵與溫度熵之和(見有關文章),用分熵概念考察體系的熵變化,不必設計什麼可逆路徑,概念直觀、計算方便(已被部分專家認可),因而有利於教和學。

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