简论物理学中熵概念的泛化

熵是物理学中一个非常重要的概念,它是用来描述和研究自然界中广泛存在的运动形式转化的不可逆性的。自从克劳修斯于1850年提出热力学第二定律及1865年引进了一个态函数——熵.     

论与熵有关的几个问题

自克劳修斯提出熵这个物理概念后,一百多年来,它的应用已经远远超出了热力学、统计物理学范畴,而直接或间接地波及诸如信息论、控制论、概率论、数论、天体物理、宇宙论乃至生命等各个不同领域。因此,如何在热力学、统计物理课程的教学中,让学生较深入和正确地了解熵概念,是一个重要的课题。本文仅从客观上,就热力学第二定律中熵的概念,谈点粗浅的看法。 熵是热力学第二定律的最有力的概括 在一般热力学教材中,对热力学第二定律的阐述通常是采用:先从大量实验事实归纳出克劳修斯说法、开尔文说法、普朗克说法,进而证明卡诺定理,再推广应用到…     

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。     

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。     

热力学第二定律的新表述

 在热力学中,热力学第二定律处于核心地位,是热力学的重要理论基础.这个定律有很多系统的表述,其中最常用的形式是开尔文表述和克劳修斯表述,作为状态函数的熵就是根据这一定律确定出来的.引入熵概念以后,可以得出热力学第二定律的数学表示dS≥δQ/T和熵增加原理△S≥0.本文给出了热力学第二定律的一种新的表述,由它可以很容易得到绝对熵和温度的定义,以及dS≥δQ/T和△S≥0.     

广义麦克斯韦妖

 麦克斯韦妖是著名英国物理学家麦克斯韦于1867年提出的。当时,热力学第二定律已诞生了16年。热力学第二定律指出,自然界中一切热力学系统所进行的任何自发过程,其熵总是增加的。随着热力学第二定律的诞生,相应出现了热寂说,麦克斯韦妖正是在对热寂说的批判中脱颖而出的。     

简论物理学中熵概念的泛化

熵是物理学中一个非常重要的概念,它是用来描述和研究自然界中广泛存在的运动形式转化的不可逆性的。自从克劳修斯于1850年提出热力学第二定律及1865年引进了一个态函数——熵,并从数学上严格证明了“熵增原理”     

热力学第二定律演示仪

在热力学统计物理学的学习中，我们曾经学过十分重要的两条定律，即为热力学第一、第二定律，并且进行了这两个定律的实验演示。本主要介绍一种效果十分显的热力学第二定律演示仪。     

介绍熵的一种图示

学生在学习热力学第二定律时，常感到熵的概念难以理解，本文对M．Bucher提出的熵的一种图示进行了讨论，并用其来解释熵增加原理，以期给出一种关于熵的概念的直观图象，帮助学生更好地理解熵的概念．     

热力学第三定律创立的过程及其发展

 热力学第三定律的建立已近１００年。一个世纪以来,它同热力学第一定律、第二定律一道为热力学统计物理学的发展和完善起到了支柱的作用,是热力学统计物理学的基本理论基础之一。然而对于它的创立过程,物理学和化学都各自从自己的角度去阐述其发展。其实热力学第三定律是物理学家和化学家们长期共同努力探索,而特别是为了适应化学发展的需要而建立起来的物理规律。１９０６年德国物理化学家能斯特（Ｎｅｒｎｓｔ）就是从化学平衡常数的确定出发,导致了热力学第三定律的建立,即著名的能斯特定理和ＯＫ不能达到原理。接着,许多其他科学家在此基础上进一步对该定律作了大量的研究,并提出了他们相应的说法。     

“熵”概念的拓展及应用

 １８６７年,德国物理学家克劳修斯在法兰克福举行的第４１届德国自然科学家和医生代表大会上,提出熵的概念和宇宙的热寂说,引起科学界乃至欧洲社会各阶层人士的极大关注,从此一场旷日持久的争论便展开了。随着研究的深入,熵概念逐渐走出物理学的范围而获得了新的生命力。１．熵概念的拓展－熵与信息的关系无序和有序是人们在日常生活中建立起来的两个涉及面很广的对立概念。如何把这两个概念纳入科学的范畴加以研究和应用,却是物理学完成的。熵的统计意义告诉我们,热力学系统从一个平衡态自发过渡到另一个平衡态,从分子运动来看,总是从无序走向更加无序。     

1824年6月12日:卡诺发表热机的专文

<正>(译自APS News,2009年6月)我们都接受热力学第二定律是现代物理学最基本的原则之一,但直至最近19世纪初为止,却尚未有人以精密的物理术语系统地说明热力学定律。热力学定律解说的过程是由一个当时鲜为人知的法国     

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.     

永动机与热力学定律

 关于永动机,已被热力学第二定律所否认。但是对于中学生,刚学完初、高中物理,又自己看了一些读物,略知热力学第二定律、熵等名词,仍有可能向热力学第二定律发起挑战。究其原因是由于高中物理教材在这一方面没有充分展开讨论,阅读材料也较少。本文在下述几个方面的回顾,有助于避免学生的错误理解。1.不可逆过程的概念什么叫“不可逆”?学生可能对这一概念产生疑惑:我们不是可以把自由膨胀了的气体压缩回去吗?冰箱不是可以把热量从低温抽回高温吗?在一定的条件下我们不是可使氧化反应逆向进行吗?但上述过程并不是可逆过程。     

非平衡热力学中传热过程熵产表达式的修正

熵产是非平衡热力学中的核心物理量,传统上表示为广义力(驱动力)与广义流的乘积.这种表达存在两方面缺陷:一是广义力与广义流的拆分具有任意性;更重要的是,以其计算热波传递时熵产可以为负值,从而违反热力学第二定律.本文基于热质理论分析表明,传热过程的熵产实质上是由热质流体的热质能耗散引起的,所以熵产中的力不是驱动力而是阻力,并且具有力的量纲.由此提出的熵产修正表达式,不仅在计算热波传递过程中熵产恒为正值,与扩展不可逆热力学中的熵产表达式一致,而且不存在力和流拆分的任意性.     

热力学第二定律理论体系的讨论

热力学第二定律原有的两个理论体系都有明显的不足之处,为此,综全各种方法的优点,利用我们提出的简单物质可逆补热循环以及微分方程基本理论,简单明确地直接由热力学第二定律的开尔文表述推导克劳修斯等式、不等式,在推导过程中自然地引出绝对温度,得到热力学熵和增加原理,从而建立起热力学第二定律的新理论体系。     

热力学第二定律的教学设计

热力学第二定律在工程建设领域、生命科学和生活节能中应用十分普遍而且起着巨大的指导作用,是 学生学好专业课程和在今后从事专业工作必须掌握的理论知识. 但由于这部分内容的概念抽象, 原理费解,实际教 学效果不是很好. 笔者结合多年教学实践提出了一个关于热力学第二定律的教学设计方案     

介绍熵的一种图示

学生在学习热力学第二定律时，常感到熵的概念难以理解，本文对Ｍ．Ｂｕｃｈｅｒ提出的烟的一种图示进行了讨论，并用其来解释熵增加原理，以期给出一种关于熵的概念的直观图象，帮助学生更好地理解熵的概念．     

熵与信息——麦克斯韦妖的启示

 在神话故事中出现许多妖魔鬼怪,那是不足为奇的,但以精确严密著称的物理学之中也出现了妖精,就有点出人意料之外了.以英国著名物理学家命名的麦克斯韦妖(Maxwell’s demon)在物理科学的发展之中已经扮演了相当重要的脚色,不但以鲜明的图象,澄清了热力学第二定律的一些疑团,更重要的是指出了熵与信息之间的联系,成为信息论这一门新学科的先导.而在生命科学的发展之中,麦克斯韦妖也会大有其用武之地的.     

幽默小品

 一、热力学第四定律不可能存在在讨论了热力学第一定律和第二定律之后,恩斯特教授说:“你看,表述并证明了热力学第一定律的是三位物理学家:迈耶,焦耳和赫姆霍兹;而热力学第二定律是由两位伟大的物理学家提出来的,他们是克劳修斯相汤普逊;我单独一个人发展了第三定律。这就是说,第一定律需要三个人,第二定律两个人,第三定律一个人就够了。