Schwarzchild-de Sitter 黑洞的热力学性质

在考虑黑洞视界与宇宙视界具有关联性的基础上,证明de Sitter时空的热力学熵为黑洞视界热力学熵与宇宙视界热力学熵之和.给出了考虑两视界具有关联性后的de Sitter时空的热力学特性.研究表明,de Sitter时空的能量上限为纯de Sitter时空能量,deSitter时空的热容量是负的,de Sitter时空一般是量子力学不稳定的.     

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.     

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     

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.     

囚禁有限unitary费米气体的热力学性质

应用分数不相容统计,研究了三维简谐势阱中有限unitary费米气体在绝对零度和有限温度下的热力学性质,并与势阱中满足热力学极限条件的unitary费米气体进行了比较.结果表明:绝对零度时有限系统的费米能、粒子平均能量随粒子数的增加而增大,并以满足热力学极限系统的对应物理量为上限,有限系统的费米能、粒子平均能量随势阱边界变化存在极大值.有限温度条件下给定粒子数时,有限系统的粒子平均能量、粒子平均熵、粒子平均热容量分别存在对应的特征温度,当温度等于物理量对应的特征温度时,有限系统与满足热力学极限系统的同一物理量相等,低于(或高于)物理量对应的特征温度时,有限系统的物理量将大于(或小于)满足热力学极限系统的同一量.给定温度条件下,有限系统粒子平均能量、粒子平均熵、粒子平均热容量分别存在对应的特征粒子数,当粒子数等于物理量对应的特征粒子数时,有限系统与满足热力学极限系统的同一物理量相等,少于(或多于)物理量对应的特征粒子数时,有限系统的物理量将小于(或大于)满足热力学极限系统的同一量.     

能·

依据热力学第一、第二定律(下文简称一、二定律)阐述了能具有量和质的双重属性,能量与能质系于同一属体而不可分离.     

统计物理方法在离散变量模型中的应用及推广

提出离散变量模型,并基于此模型由最大熵原理出发,展现了统计物理方法在热力学系统中的具体应用.该方法可以推广应用至由大量"个体"所构成的"总体"非物理系统中,如金融系统,社会生产系统等.文中还指出由最大熵原理得到的概率分布函数同时适用于平衡态和非平衡定态的热力学系统.     

吸附碳泵循环构建与能耗分析:从热力学角度

从热力学角度审视制约吸附法碳捕集技术推广和工业化应用的能耗问题,其实质是对捕集过程中能量在不同形式之间转换机制的深入认识问题.应用热力学中的"循环"这一成熟概念和衍生工具,对能量转换问题展开专题分析应是恰当的。本文基于热力学碳泵概念,从热力学角度进行吸附碳泵循环的构建与能耗分析,将碳捕集能耗分析模型具化至循环层面。从热力学第一定律角度,基于无限碳源、汇假设,定义工作于碳源、汇之间的吸附碳泵循环,形成抽象模型求解理想功耗及循环COPCO2,与混合气体分离模型(MGS)分析结果进行对比,并分析关键循环参数的影响;从热力学第二定律角度,基于状态点过程解耦方法"白箱化"吸附碳泵循环中具体过程,形成具体模型分析循环中熵增、熵产机制,证实优化传热过程、提升吸附剂性能作为有效降低能耗策略在热力学层面的恰当性。     

库仑耦合双量子点系统的熵产生率

本文基于库仑耦合双量子点复合系统,研究了自发非平衡过程中熵产生率与信息流的基本关系.从玻恩马尔科夫近似下的量子运动主方程出发,获得稳态时总系统和子系统的熵产生率.利用Schnakenberg网络理论,揭示了各种熵产生率与基本环流的密切联系,发现全局环流决定了双量子点间的能量和信息交换,从而证明了化学势差驱动电子流动以及子系统间能量和信息交换是子系统熵产生的关键要素,信息交换引起的熵产生保证了电子输运的持续进行.结果表明在不违背热力学第二定律的基本条件下,信息可作为驱动力使电子从低化学势流向高化学势.     

强迫耗散系统的有序结构和系统的发展(Ⅱ)，广义能量极小值原理和系统的发展

利用大气非线性动力学证明了广义能量极小值原理，进一步从理论上证明它是同大气非平衡 态热力学最小熵产生原理在物理上是一致的.前者表明，强迫耗散动力系统的终态广义能量 达极小值；而最小熵产生原理表明，远离热力学平衡态的开放系其终态时系统内部的不可逆 过程最弱.而且，系统广义能量达极小值和系统熵产生达极小值的终态一般是一个稳定的定 态，它对应着系统的某种有序结构.也就是说它是一个“低耗高效”的有序定态.大气系统作 为自然界一个典型的物理复杂系统，其最小熵产生原理和广义能量极小值原理隐示了自然界 复杂系统的一个一 关键词： 强迫耗散系统 能量极值原理 有序结构 动力系统     

计入固液界面作用的润滑热力学模型与分析

摩擦与润滑过程是典型的能量耗散过程, 在机理上与非平衡热力学中的熵增、耗散结构等理论颇有相似之处. 通过热力学分析可以对一些典型的摩擦磨损过程做出合理的机理揭示与推测. 本文利用热力学理论对典型的润滑过程进行了建模分析. 采用分离压模型表征和计入了微尺度下的固液界面作用, 揭示分析了润滑热力学模型与润滑状态Stribeck曲线的联系. 从分析计算结果来看, 润滑Stribeck曲线的摩擦系数最低点与系统热力学上的熵增率最低点具有相当好的对应关系, 而润滑状态从弹流润滑向薄膜润滑的转变过程, 可以用耗散结构理论加以机理解释. 文中的热力学模型和方法能够有效地体现出润滑过程中多物理要素跨尺度非线性耦合的作用, 对实际工程与实验有着重要的指导作用.     

热力学与传热学的共性理论基础——可逆与不可逆过程普适的有效能方程

回顾总结了热力学与传热学共性理论基础研究的系列成果,从正视热力学第二定律、"熵产"理论在实际应用中存在的问题入手,以势能理论为依据,用相对环境平衡态的势能为基准态势能定义了能量中的有效能和无效能。这种定义具有与""相同的性质,又能从定义式直接写出有效能函数的表达式。继而利用热力学第一定律方程,推导出了普适的有效能方程、有效能率方程,并与熵方程、■耗散方程和方程进行了比较。前者方程各项都只与状态有关,都能独立计算出来,而后三个方程都有一项与不可逆过程有关的补缺项。把有效能率方程应用于传热过程,导出了传热效率的表达式;应用于实际热机系统,导出了传热与热力耦合系统的输出功率、输入热流率、效率、换热器传热系数以及热源参数之间的关系,并举例应用于系统优化设计。本文构建的热力学和传热学共性理论,为热机与换热器耦合进行热力系统综合分析和协调优化提供了理论基础。     

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。     

太阳能与甲醇热化学互补的分布式能源系统研究

本文提出一种基于中低温太阳能与甲醇热化学互补的分布式冷热电供能系统。基于热力学基本定律,对系统作了能量平衡分析和(火用)平衡分析,探讨了变太阳辐照下系统的热力性能和储气蓄能的变化特性规律。结果表明:设计工况下,系统的一次能源效率达89.36%,(火用)效率达到47.10%,太阳直射辐照强度从500 W/m~2变化到900 W/m~2时,系统一次能源效率和冷、热、电功率输出保持稳定。本文的研究成果为高效利用中低温太阳能热化学技术与分布式冷热电能源系统集成技术提供了新途径。     

生命学科"大学物理"教学中的几点想法

生命科学和物理科学日益融汇贯通,在"大学物理"教学中将物理知识和生命科学的问题相结合很有必要.文中重点谈了在"大学物理"教学中能量均分定理以及熵和自由能在生命科学领域的延伸.     

热力学平衡态的涨落判据

任何热力学量的涨落在平衡态下都不能太大.特别地,要求熵和能量的涨落不大,就可以给出低温下热力学平衡态的普遍适用的判据.一些算例表明,低温下即使1023个粒子也不一定能达到热力学平衡态.     

论材料非晶形成中的焓与熵:竞争亦或协同?

液固Gibbs自由能差是决定材料非晶转变的热力学关键因素,但该参量在预测非晶转变和指导非晶成分设计方面仍有一些基本问题有待解决.其中,一个关键问题是:作为Gibbs能差的两个核心要素,焓与熵,二者在决定和控制非晶转变中关系并不明确.基于课题组系列研究结果,本文就焓与熵在材料非晶转变中的协同性与独立性问题进行了全面探讨,发现二者在决定非晶形成上具有很强的相关性.理论分析和实验测量相结合,展示了材料熔化熵与熔点粘度、混合焓等多个非晶形成经典参量之间的内在关联,证实熔化熵与材料非晶形成之间的密切关联;并从多个角度证实材料低熔化熵有利于非晶形成,纠正了传统上基于经典形核理论得出的高熔化熵有利于非晶形成的认识.研究也发现,决定非晶形成的关键动力学与热力学参量,如粘度和混合焓,均可通过熔化熵得到表达.进而论证了熔化熵在评估非晶形成、指导非晶成分设计中的可靠性和有效性,由此提出熔化熵可作为理解指导材料非晶形成的代表性热力学参量.系列成果为发展非晶形成热力学、深入理解材料非晶形成提供了参考与思路.     

力与耦合系统的交互作用和随机能量共振

外界对系统作功的过程就是系统状态发生变化的过程.根据Langevin方程的随机动力学特性,采用微观动力学和宏观热力学方法,建立了基于单一随机轨线的耦合双稳系统的热力学关系.通过力与耦合系统的功交互作用定量地刻画了能量的传递和转换关系,揭示了耦合系统中存在着的随机能量共振现象.从作功与能量的关系进行分析,进一步揭示了随机共振产生的物理本质. 关键词： 耦合双稳系统 随机热力学 随机能量共振 功     

双稳系统的随机能量共振和作功效率

分析了处于双稳系统中的布朗粒子与外界的周期性外力和热随机力的功、热交互作用,建立了基于Langevin方程的随机能量平衡方程.围绕着受周期力、随机力和阻尼力共同作用的Langevin方程,采用动力学和非平衡热力学相结合的方法,从以"力"为立足点转到以"能量"为研究核心,深入分析了布朗粒子沿单一轨线运动时系统与环境之间的能量交换和作功效率,揭示了双稳系统的随机能量共振现象. 关键词： 双稳系统 随机能量共振 作功效率     

具有双旋转参数5维黑洞的Cardy-Verlinde公式

对具有双旋转参数的5维时空中,黑洞视界的热力学参量与宇宙视界的热力学参量进行了研究 .发现宇宙视界的熵能写为Cardy-Verlinde公式的形式,而黑洞视界的熵要写成Cardy-Verl inde公式的形式,必须用Abbott 和Deser的方法,计算具有双旋转参数5维黑洞的质量.通过研究,给出了具有双旋转参数5维黑洞各热力学参量之间满足的关系式,即热力学第一定律的微分式. 关键词： Cardy-Verlinde公式 Casimir能量 de Sitter时空