功变热过程不可逆性的统计分析

功变热过程是系统从有序运动向无序运动的转化，本在分析功变热过程的基础上，引入了功变热过程的简化模型，利用经典玻尔兹曼分布计算了一定量气体^[1]从有序运动向无序运动转化中的熵变。结果表明，此过程系统的熵增加。     

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。     

熵与生命科学

 热力学第二定律指出,一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。而直接反映热力学第二定律的是态函数熵,其数学表达式是熵增加原理：ｄｓ≥０。其物理意义是：一个孤立系统的自发过程总是朝着搞增加的方向进行,即从有序走向无序。而生命的发生、演化及成长过程都是从低级到高级、从无序到有序的变化。表面看来,这似乎都与热力学第二定律相矛盾。普里高津的耗散结构理论澄清了这一切。打开了一个从物理科学通向生命科学的窗口。耗散结构理论突破了热力学第二定律只适用于孤立系统的限制,将其适用范围推广到开放系统,并将热力学第二定律的数学表达式改为ｄｓ＝ｄ１ｓ＋ｄｅｓ。     

非晶铁中位形熵与信息维的压力响应

本文分析了非晶铁模型中原子能量分布的信息维和位形熵随压力的变化。计算了原子相互作用能的粒子数分布,将其分布的信息维作为非晶态位形熵的度量。计算结果表明,原子能量分布曲线和位形熵与统计时所取能量间隔有关;位形熵与能量间隔之间具有分形标度关系。用介于由能量间隔的下截止限和上截止限所确定的无标度区内的平均值表示各压力下的位形熵。模拟结果表明,原子能量分布的信息维是描述非晶系统无序状态的另一有效参量;压力对非晶金属结构无序及分维值的影响呈较复杂的波动变化趋势。 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。     

对熵理论的几点讨论

就熵理论中尚有争议或极易引起误解的诸如复杂度与无序度、负熵、熵与宇宙的演化、熵与对称性几个问题进行讨论，以澄清有关的一些争议和歧见。     

计算混沌光场熵的新方法

熵是量子光场的一个重要物理量,我们给出求混沌光场对应的热态的新方法,即有序算符内的积分方法,在此基础上计算光场的熵十分简捷。     

熵污染与绿色制造

 人类本来是自然进化的产物,许多天然的或人造的复杂系统都是由大量的单元构成的,如生命系统、生物群落、生态系统、人类社会、消费市场以及制造系统等。在如何组织、运行和优化这类由大量单元所构成的系统上,存在着自然造化与人工经营两种模式。当人类进化到工业经济时代以后,却用一个人造的“文明”将自己包围起来,使自己与大自然隔离,远离自然,甚至处在与自然为敌的地位。工业经济的行为模式是对于自然过程的人为的、强制性的干预。这种典型的“机械的模式”把企业组织得像一架机器,而每个工作人员都像一台机器中的零件,在那里机械地运转。     

对熵的几种错误看法的讨论

前不久,在《科学技术与辩证法》1993年第1期上见到“熵——百余年科学之误”(后面简称《熵》)一文,认为熵是“错误的概念”,因而主张全面否定它,笔者认为,《熵》文的一些观点是错误的,下面特择其要,加以分析、讨论,以使熵知识的推广、普及得以健康发展。 1.熵是“皇帝的新衣”吗? 《熵》文中说:“‘熵’是…‘皇帝的新衣’…除了给出符号之外,严格的说就什么也没有去讲。”我们认为,《熵》文的看法是不符合实际的。 关于熵的物理意义,现在已经基本上弄清楚了:从宏观上说,它是系统接近平衡态的量度,熵越大,说明系统越接近平衡态;从能量上说,它是系统能量不可用程度的量度,熵越大,系统的可用能就越少,即能量的质变坏了,变得越来越没有用了,因此,对于能量的利用,不仅要注意数量,而且还要注意质量,只有这样才能使有限的能源得到更合理的利用。 从微观(统计意义)上讲,熵是系统无序程度(混乱度)的量度,熵越大,系统的无序度也越大,这种关系可用公式。     

熵与悲剧

物理学在其漫长的发展历程中 ,塑造了许多重要的基本概念 :力 ,能量 ,熵 ,量子 ,混沌等等 .这些概念不仅对物理学 ,对整个思想界都作出了不朽的贡献 ,而且由于长期的人文积淀 ,他们本身也被深深地打上了各式情感的烙印 .如果说“力” :使人联想起力量和坚强 ;“能量” :给人以满足感和稳定感 ;“量子” :富于节奏感 ;“混沌” :奉献朦胧感的话 ,那么“熵”就难免使人伤感和惆怅 .克劳修斯造“(ＥＮＴＲＯＰＹ)”这个字 ,是在希腊字“变换 (ＴＲＯＰＥ)”上加了前缀ＥＮ ,为的是与能量 (ＥＮＥＲＧＹ)相对应 :“熵”(这个汉字是 1 92 3年胡刚…     

辐射热力学中光量子的熵和光子气的熵

本文根据已证明了的光谱等效温度Tλ方程和光量子能量,首次导出了光量子熵常数sλ为3.72680×10-23 J.K-1,并证明通过sλ算出的黑体等效温度等于黑体辐射温度,验证了光量子熵常数结论的正确性;此外,给出了闭口系平衡态空腔辐射场光子气的熵和熵变方程,首次提出开口系辐射流的熵,接收器的净辐射熵差的计算式.本文的结果,为非平衡态辐射热力学体系提供了新的理论基础,对研究辐射能与其它能量转化中不可逆损失将提供有益帮助.     

耦合能量和熵产分析的热电制冷器多目标优化

能量和熵产最小化理论已广泛应用于热电系统优化,然而平衡制冷量最大化和熵产最小化的热电系统参数优化研究较少。本文基于能量平衡和熵产最小化理论,通过效率单元法和稳态热传递,建立了热电制冷器(TEC)的热力学数学模型,并评价系统的热力学性能。在固定冷端温度条件下,考虑热物性参数的温度依赖特性,研究了包括热电臂臂长L、半导体对数N及面积比率F等几何参数对制冷器制冷量和熵产的影响。同时,构建了多目标函数J以实现制冷量和熵产的耦合,并利用简化共轭梯度法(SCGM)对系统参数进行多参数多目标的优化。结果表明,多参数多目标能有效优化热电制冷器的性能,相比于初始几何结构,耦合评价指标J下降约为初始值的30%。     

简论热力学熵、信息熵及熵的泛化

 热力学熵 熵是克劳修斯于1865年定义并命名的一个热力学系统的状态函数,它严格应用于系统的热运动,故又称“热力学熵”。     

熵概念的延拓——从热熵到信息熵

本文首先介绍了热力学熵、信息熵的概念的建立过程,并基于熵在信息论中的应用实例找出热力学熵与信息熵两者之间的关联.最后通过麦克斯韦妖被西拉徳、兰道尔以及现代实验解决过程论述了信息与能量、信息熵与热力学熵之间的关系.     

高熵玻璃

熵代表了体系的混乱程度。高熵材料中的熵来自于形成固溶体的构型熵,而高熵实际反映了材料中元素种类多、混合比例接近的特点。在结构无序的传统玻璃中增加复杂成分的修饰,就形成了高熵玻璃,同时也引发了玻璃结构与性能的变化。高熵玻璃的出现打破了传统单个主元素的设计理念,灵活的元素置换极大地拓宽了材料的创新空间。经历 20年的发展,不仅发现了大量高熵玻璃材料,还出现了高熵引起的新结构和新现象,催生了利用熵来调控玻璃性能的新方法。文章将从几个典型案例出发,介绍高熵玻璃在材料设计、结构特征、动力学现象、性能调控等方面取得的进展,并给出高熵金属玻璃可能存在的发展机会。     

运动强度相关耦合J-C模型中的熵交换和纠缠

考虑一个运动的二能级原子与单模热光场强度相关耦合,采用量子约化熵研究原子和场的约化熵变化规律、原子与场的熵交换,用共生纠缠度研究原子与场的纠缠。并借助于数值计算方法,详细分析了在强度相关耦合J-C模型中,原子初态、热光场的平均光子数以及场模结构参数对熵交换和纠缠的影响。结果表明原子与光场的熵交换和纠缠均周期性地演化。选择适当的原子初态,可以使得原子的约化熵和光场的约化熵完全交换,这意味着原子与光场反相关。此外,场模结构参数增加导致熵交换的幅度减小,周期缩短。原子与热光场的纠缠随平均光子数的增加而减弱。     

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     

Cu掺杂对高熵合金FeCrVTi相结构的影响

基于CALPHAD方法,建立了高熵合金FeCrVTiCux(x=0-1)的热力学计算模型,对Cu掺杂的高熵合金FeCrVTi相结构和屈服强度进行了讨论分析. 研究发现当x=0时,室温下FeCrVTi的相结构为BCC-A2、LAV-C14和NITI2相. 在815-1380K温度区域,该体系发生有序-无序LAVES->BCC-A2转变. 当x增加到0.2时,室温下FeCrVTiCu0.2的 LAV-C14相消失,出现了LAVES和HCP-A3相. 当x增加到0.4时,室温下FeCrVTiCu0.4出现FCC-A1相. 600K温度时,随Cu含量的不断增加FeCrVTiCux在x=0.0-1.0之间HCP-A3相成分呈线性增长,其相含量最大值位于x=1.0的位置. Cu的掺杂提高了高熵合金FeCrVTi的室温塑性和高温强度,使得FeCrVTi的室温屈服强度高于FeCrVTiCu,在600K温度下,FeCrVTiCu的屈服强度高于FeCrVTi.     

黑洞的统计熵

运用量子统计的方法,直接求解Schwarzschild时空背景下玻色场和费米场的配分函数,得到熵的积分表达式.按照最近的研究结果,认为黑洞的Hawking辐射过程是隧道效应过程,在考虑黑洞隧道效应产生过程中黑洞能量发生变化的基础上,给出积分的下限为黑洞的视界位置.由此得到黑洞熵的主要项为视界面积的1/4.不存在使人疑惑的紫外截断因子,并且由此可得黑洞辐射粒子的能量与辐射温度成正比的结论. 关键词： 黑洞熵 量子统计 隧道效应 反作用     

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.