熵定律的不可逆本质论

 熵定律,也就是热力学第二定律,是物理化学中的一个重要定律。无论从宏观的观点出发,还是从微观的角度分析,在热力学理论体系中,熵定律“占有至高无上的地位”。它与热力学第一定律一起,构成了复杂热力学系统能量转换、状态演化方向的度量和判据,且被广泛应用于科学和工程技术的许多领域。然而,如何引入熵定律,如何准确理解熵定律的物理内涵,并适度泛化熵定律,却一直是我们探讨的问题。1.熵定律的表述热力学第二定律,始于19世纪40年代人们对如何提高热机效率问题的研究。     

生命与熵

 熵是一个古老而又年轻的概念,说它古老,是因为早在100多年前(1854年)就已有人提到了它;说它年轻,是因为它有极强的生命力,正日益广泛地渗透到了许许多多的科技领域及日常生活之中。本文不拟介绍熵在各个领域中的应用,而只想就熵对生命科学中某些方面的影响作些初浅的说明。按照热力学的观点,生命是个开放系统。根据开放系统的热力学理论可以算出,其熵变ΔS=ΔQT-μjΔeNjT-μjΔiNjT(1)式中,ΔQ代表生命系统与外界环境交换的总热量,ΔeNj代表生命系统与外界所交换的第j种组元物质的摩尔数.     

如何让学生深刻理解熵的概念

 熵的概念,是热力学和统计物理学中非常重要而又较难理解的.克劳修斯(ClaUSiUS.R.J.E,1822-1888德国物理学家)于1850年提出热力学第二定律,1865年提出熵的概念,并将热力学第二定律表述为“宇宙的能量是不变的,而它的熵则总在增加.”现在,熵这个概念已经远远超出了热力学、统计物理学范畴,直接扩展到信息论、控制论、概率论、数论、天体物理、宇宙论、科学管理以及生命系统等各个不同领域.因此,如何在教学中让学生深入理解熵的概念,是一个重要的课题.     

漫谈熵

熵是物理中的一个既重要又微妙的概念。文章从物理学引入熵谈起,依次讨论熵与热力学第二定律、熵的统计力学定义、熵增与基础物理理论的矛盾,以及时间箭头与玻尔兹曼大脑,最后介绍著名的黑洞熵。     

强迫耗散系统的有序结构和系统的发展(Ⅰ)，最小熵产生原理和有序结构

一个系统的发展总是由不可逆热力过程和非线性动力过程所驱动.将大气动力学方程组同考虑了动能变化的Gibbs关系结合起来构建的熵平衡方程，才能更好地描述大气系统的不可逆热力过程和非线性动力过程.至今非平衡态热力学仅利用Onsager线性唯象关系证明了最小熵产生原理.利用新建立的熵平衡方程和大气动力学方程的性质证明，最小熵产生原理在热力学线性区和非线性区都是普遍成立的.且当热量输送平衡、水汽输送平衡和动量输送平衡时，系统达到不可逆过程最弱的最小熵产生热力学状态.当系统又是动力平衡且无平流时，这种最小熵产生态就是 关键词： 非线性热力学 熵产生 最小熵产生原理 有序结构     

热熵、物熵和信熵对人类的影响

 熵是量度任何系统在微观层次上的无序程度的物理量。无序度越高则熵值越大。这个概念既包括能量和组成物质本身的无序度,还包括所有建构事物系统存贮的信息的无序度。我们把前者称之为热熵和物熵,而后者称之为信熵。它们之间是相互关联的,在认识这几种熵对人类生存环境的影响的前提下,更好地把握对热熵、物熵和信熵的平衡取舍,才能对人类社会的生存和可持续发展起到积极的作用。一、热熵和物熵的自然流向从能量角度来看,熵定律意味着自然进行的能量转化过程总是由有序度高的能量向有序度低的能量转化,这个过程必定朝着熵增加的方向进行。     

熵与热力学定律的关系

探讨熵与热力学定律的关系，并从熵函数的角度讨论热力学定律的意义。     

熵与感冒

 “熵”(Entropy)这一概念原本是热力学物理中的概念,“它表示系统中微观粒子无规则运动混乱程度的量度”,也可以说熵表示系统的无序程度。熵越大越无序(disorder),熵越小越有序(order)。熵现在已被广泛的用于社会、生态环境、生命、医学和信息控制等领域。熵增加原理告诉我们,一个封闭系统当内部发生不可逆过程时,它的熵就会增加,增加到一定值--熵极大时系统就会处于平衡状态。     

信息熵、玻尔兹曼熵以及克劳修斯熵之间的关系--兼论玻尔兹曼熵和克劳修斯熵是否等价

论述了信息熵、玻尔兹曼熵以及克劳修斯熵之间的关系;由不涉及具体系统的方法从玻尔兹曼关系、信息熵推导出了克劳修斯熵的表达式;指出玻尔兹曼熵与克劳修斯熵不是等价关系,而是玻尔兹曼熵包含克劳修斯熵,信息熵又包含玻尔兹曼熵。     

Nernst定理与Reissner-Nordstrom黑洞Dirac场的熵

把ReissnerNordstrom(RN)黑洞看作是由内、外视界两个热力学系统组成的复合热力学系统.用brickwall方法针对旋标架形式的Dirac方程,分别计算了RN黑洞内、外的Dirac场的自由能和熵,结果发现其熵均分别与内、外视界的面积成正比,并且在采用相同截断因子的条件下是KleinGordon场熵的7/2倍.RN黑洞系统的总熵在考虑内、外视界的共同作用后,其结果确实满足Nernst定理. 关键词：     

熵与熵变

 在热力学中,为了判断一切不可逆的过程的进行方向,人们引入了熵的概念。熵是一个比较抽象的物理概念,它代表着自然界中所有不可逆过程的一个特有的判断标准。一、熵所量度的物理内容我们依据经典统计力学的观点讨论熵所量度的物理内容。设有一个不受外界影响的孤立系统。这个系统中每个粒子都在做无规则的热运动,粒子间不断地相互作用和碰撞着,大量粒子分布在各自不同的动力学状态。由于这是一个不受外界影响的孤立系统,系统的总能量和粒子数是恒定不变的,变化的只是所有粒子各自不同的动力学分布状态。在不同时刻,系统粒子不同的动力学分布状态对应不同的分布几率Ｐｉ。     

λ噬菌体溶源/裂解转换调控与定态熵

被λ噬菌体感染的大肠杆菌是研究生物基因调控网络的重要模板之一. 根据该调控系统操纵子与调控蛋白相互作用特点, 利用热力学配分函数描述调控蛋白与操纵子的结合概率, 在给出该调控系统的动力学分岔的基础上, 计算系统各定态的热力学熵. 结果显示, 溶源态和裂解态较鞍点和分岔点具有更低的熵值, 且溶源态的熵最低, 说明处于溶源态的系统具有更高的生物序.     

满足热力学第三定律的修正的黑洞的熵公式

认为黑洞的熵正比于视界面积的熵公式S=A/4不能满足热力学第三定律,提出了新的熵公式,它既能满足热力学第三定律,又能推出黑洞的温度的表达式. 关键词： 黑洞 熵 热力学第三定律     

生命、生态环境与熵--热力学在生命与生态环境中的若干问题

以熵的观点，分析了生命的热力学基础和地球生态系统的辐射收支和负熵流，并用热力学解释地球的温室效应，提出海藻繁殖模型，呼吁我们努力克服社会经济系统中不可避免的熵的增加。     

负值量子条件熵与双量子系统一类混合态纠缠量度

运用负值量子条件熵研究了双量子系统一类混合态的纠缠量度.给出了负值量子条件作为条件熵纠缠度的定义，证明了条件熵纠缠满足作为2×2系统一类混合纠缠态量度的四个基本条件.当双量子系统处于纯态时，条件熵纠缠度即为部分熵纠缠度.应用条件熵纠缠度研究了真空腔场中两全同二能级原子之间纯态和一类混合态纠缠的时间演化，比较了相同条件下两全同原子系统concurrence纠缠度的时间演化.结果表明，两纠缠度演化规律完全一致，验证了负值量子条件熵可以作为双量子系统纯态和一类混合态的纠缠量度. 关键词： 双量子系统 负值量子条件熵 条件熵纠缠度 混合态纠缠度     

熵的一种通俗教法

熵如力、能量和动量一样是物理学中一个重要概念,若能用一种通俗易懂的方法设计熵的教学,对文科物理的教学有重要意义.为此本文提出了一种通俗的熵的教法,这一教法不需要学生学习热力学第二定律也可以建立熵的概念.具体教学设计如下:通过日常生活例子引入熵的概念(也就是玻尔兹曼熵),设计两个例子让学生会计算熵,通过具体问题的讨论让学生充分理解熵的意义,通过一个实例由玻尔兹曼熵引入克劳修斯熵公式,设计一个演示实验强化教学效果,将熵与环境保护联系起来融入人文情怀,最后还强调了熵计算的不同层次.教学设计完全采用基于问题学习(PBL)的教学模式.     

Reissner-Nordstrom几何中标量场的统计熵与能斯特定理

从Reissner-Nordstrom时空背景下的Klein-Gordon方程出发,利用改进的brick-wall方法膜模型,计算黑洞背景下标量场的自由能和熵.得到标量场的熵是由两部分组成的,根据熵是广延量的性质,得到黑洞熵是由两个子热力学系统贡献的.在此基础上给出了新的Bekenstein-Smarr公式.结果表明,用两个子热力学系统表达的熵,当黑洞的辐射温度趋于绝对零度时,黑洞的熵也趋于零,它满足能斯特定理,可视为黑洞的普朗克绝对熵. 关键词： brick-wall方法 膜模型 黑洞熵 能斯特定理     

致冷机的功—熵关系及其应用

在不同热源情况下，对致冷机应用整个系统熵的变化改写热力学第一定律的形式得到相应的功－熵关系，并讨论了它的一些简单应用。     

通过磁化曲线计算磁熵值

在恒定低磁场下测量磁性物质的M T 曲线,可以确定其居里点;在居里点附近测量一系列等温磁化曲线M H,根据磁化曲线并借助于磁系统的热力学关系式,通过数值计算方法得到磁性材料在施加或撤去外磁场过程中的磁熵变化值.     

致冷机的功－熵关系及其应用

在不同热源情况下，对致冷机应用整个系统熵的变化改写热力学第一定律的形式，得到相应的功－熵关系，并讨论了它的一些简单应用．