熵与绝热去磁制冷的物理原理

本文从熵的观点出发,利用热力学,统计物理与量子力学理论分别从宏观与微观的角度对磁制冷的物理原理进行了初等分析。     

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。     

气体自由膨胀的演示、模拟和熵增加原理

本文通过气体自由膨胀的演示、模拟，推知一切自然过程总是沿着无序性增大，即熵增大的方向进行，解释了热力学第二定律的微观意义。     

熵的变化与热力学过程方程之间的联系

由热力学定律建立了熵与热力学过程方程之间的统一表示式，将它应用到理想气体，导出 的过程方程。     

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     

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.     

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.     

非对易相空间中理想气体的热力学性质

首先从非对易相空间中重新确定微观状态个数和配分函数来讨论在非对易相空间中单原分子理想气体的热力学性质.结果显示非对易效应不能在理想气体系统的内能、物态方程、热容量等宏观热力学性质中测量出.然而发现系统的配分函数和熵发生变化,表示在非对易效应作用下系统的能量简并度和系统的无序度发生变化.     

生命科学中的物理问题讲座 第四讲 关于自组织现象的某些热力学问题—兼谈

讨论自组织现象和它与热力学第二定律以及熵概念之间的联系。强调了开放条件（负熵流）和非平衡条件对维持自组织的重要性，同时指出了在孤立条件下和近平衡条件下发生自组织现象的可能性，讨论了宏观有序的产生与熵的减少之间的联系和与之有关的某些问题。最后强调了生物工作者和物理、化学工作者的合作对推动自组织研究的重要性。     

非平衡态辐射场能量状态参数的表征

本文提出了非平衡态辐射体系的热力学框架,以光子的能量、光子的有效能、光子的熵、光子的特征温度为基础,把辐射热力学体系分解为边界和辐射场进行描述,给出了非平衡态辐射场中辐射能状态参数的表征式,提出了表征任意指定照射窗口的照射辐射特征温度概念,结合照射辐射强度、照射辐射能量等效温度,表征了辐射场的能量强度、有效能和熵等热力学参数。     

经典麦克斯韦妖系统中熵随时间的变化关系

麦克斯韦妖的提出是为了表明热力学第二定律可能有问题,但这可以通过引入信息熵解决。本文从统计的角度研究了两种简单的麦克斯韦妖系统的最小熵变随时间的变化关系。第一种模型的冷热分子的速度分别相等;第二种模型包含两种分子量的分子,每种分子都满足麦克斯韦速度分布律。通过概率论的方法,研究了系统的热力学熵、信息熵以及总熵的变化情况。系统熵变的理论结果能够得到定量的解释,无需引入任何待定参量或者模拟数据。同时,我们也讨论了不同条件下的系统熵变的情况。所得到的理论结果和模拟数据完全相符。     

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。     

半透明梯度折射率介质内辐射熵传递方程及其数值模拟

在非相干辐射条件下,基于Planck光谱辐射熵强度定义,导出半透明梯度折射率介质内光谱辐射熵传递方程,以及局部辐射熵产率理论表达式.基于离散坐标法对辐射熵传递方程进行数值求解.以一维半透明梯度介质平板为例,对辐射熵方程及其算法进行验证.平板整体无因次辐射熵产的计算结果与宏观热力学定律的结果一致.     

大学物理中熵的教学探讨

讨论了大学物理教材中熵的宏观定义和微观定义,给出熵概念的延拓,并结合教学实践,指出熵基本概念的讲述可建立在学生已有的物理知识和数学基础上,鼓励学生自主探索熵在生活和学科中的应用.     

(火积)的微观表述

在近独立粒子组成的系统中,Boltzmann发现了系统熵与其微观状态数的对数之间的正比关系,为熵这一物理概念提供了微观解释,Planck将其总结为著名的Boltzmann熵公式S = k lnΩ.与此对应,给出了单原子理想气体系统中(火积)的微观表达式,证明了(火积)为广延量. 分析讨论了孤立系统从不平衡态发展到热平衡态过程中系统微观状态数、熵、(火积)的变化情况,结果表明在该过程中系统的微观状态数、熵向着增加方向发展,而(火积)则向着减小方向发展,从而在微观角度 关键词： 微观状态数 熵 (火积) 不可逆性     

从微观角度再看理想气体的绝热过程

在“ 从微观角度看理想气体的绝热过程”一文中提到了一种从微观角度来计算理想气体绝热公式的推 导, 这一推导中的物理本质为气体分子对活塞壁做功的集体效应, 即气体压强的微观解释. 基于这一思考, 从气体 分子对外做功的角度给出了相应的推导, 同时发现该文结论在其给定模型下的一个更为直观的解, 与热力学第一 定律中的做功项可以更直接地对应, 从而更直接地联系起微观过程和宏观的理想气体状态方程     

宇宙演化与热寂说

在已成熟的宇宙演化理论的基础上,文章作者重新讨论了Clausius提出的热寂问题.宇宙演化指其组分和宏观面貌的变化.主要是微观结团和宏观结团.从物理原理上讲,这些结团过程是力学的,而不是热力学的.力学过程一定程度上破坏了原有的热平衡,热力学则倾向于恢复热平衡.所有已知的物理规律,包括热力学在内,都在宇宙演化中起着它应起的作用.作为后果,宇宙的熵在演化中一直是增加的.克劳修斯把热力学第二定律用于宇宙是正确的.可是他认为宇宙的熵会极大化并不正确.这是因为在演化过程中会出现组分粒子的退耦.     

宇宙演化与热寂说

在已成熟的宇宙演化理论的基础上,文章作者重新讨论了Clausius提出的热寂问题.宇宙演化指其组分和宏观面貌的变化.主要是微观结团和宏观结团.从物理原理上讲,这些结团过程是力学的,而不是热力学的.力学过程一定程度上破坏了原有的热平衡,热力学则倾向于恢复热平衡.所有已知的物理规律,包括热力学在内,都在宇宙演化中起着它应起的作用.作为后果,宇宙的熵在演化中一直是增加的.克劳修斯把热力学第二定律用于宇宙是正确的.可是他认为宇宙的熵会极大化并不正确.这是因为在演化过程中会出现组分粒子的退耦.     

热学中统计熵的一种理论解析

大学物理教学过程中,适当给出一些有特色的数学推导,有利于学生理解相关的物理内容和构建相应的物理图像.理想气体的统计熵是热力学中一个重要概念,它与理想气体的体积和温度有关.本文根据测不准关系,提出理想气体分子最小空间概念.利用概率统计的基本知识,通过一定的数学处理,推导出一个统计熵的表达式.这个表达式包含了温度和体积对统...     

纳柱阵列通道中生物分子等效淌度的宏观输运理论分析

各向异性生物分子或带电布朗粒子在周期性孔隙结构运动的分析在生物医学、水处理、环境工程等无数领域具有非常重要的意义. 本文基于宏观输运理论计算粒子在周期性微纳阵列结构中等效输运 参数, 预测分离结果. 首先通过引入构型熵及有效电荷等参数, 建立各向异性生物分子在纳米级受限环境下的等效布朗粒子模型, 然后应用宏观输运理论和数值方法计算分子的等效淌度. 以小分子DNA 片段在周期性纳柱阵列通道中电泳迁移为例, 证明当通道空隙接近或小于分子尺寸时, 熵受限对分子的等效迁移速度有重要的影响, 是实现生物分子分离的主要机理. 因为熵受限的作用随着外电场的增强而减低,所以在较低电场强度条件下, 分子淌度差别较大, 对应分离效果较佳. 关键词： 生物分子分离 构型熵 微纳阵列 宏观输运理论