词条 | 熵 |
释义 | shang 熵(卷名:物理学) entropy 热力学系统的一个重要的态函数。熵的变化指明了自发过程进行的方向,并可给出孤立系统达到平衡的必要条件。因此,它是热力学第二定律的简明概括。 热力学意义 一个实际过程除了必须遵守能量守恒以外,还有一个能量转换和传递的方向问题。人们期望有一个普适判据来判断自发过程的方向。根据热力学第二定律概括的关于热力学过程单向性的经验,自发过程的方向决定于系统初态和终态的差异。因此,应该可以找到一个决定于系统状态的物理量,用它的变化来表述自发过程的方向。1854年,R.克劳修斯首先找到了这样一个物理量,1865年,他给这个物理量正式定名为熵。 ![]() ![]() 若系统从初态A经可逆过程"1"变到未态B,又经任意另一可逆过程"2"回到初态A,构成一个可逆循环,如图所示。则对可逆循环有: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() 对于不可逆过程,根据熵的定义及克劳修斯不等式,有 ![]() ![]() 对于绝热过程,婾Q=0,因而dS≥0。即系统经绝热过程由一态到达另一态时,系统的熵永不减少(熵在可逆绝热过程中不变,在不可逆绝热过程中增加)。此结论称为熵增加原理。如果系统是孤立的,其内部一切变化与外界无关,必然是绝热过程。所以熵增加原理的一个通常说法是,“一个孤立系统的熵永不会减少”。在后一种说法里,孤立系统的熵必然包括非平衡态的熵。因为一个孤立系统在变化的时候,不可能处在平衡态。根据熵的广延性质,非平衡态的熵可定义为处在局域平衡的各部分的熵之和。 根据熵增加原理,孤立系统越接近平衡态,其熵值越大。当系统的熵达到最大值时,系统达到平衡态,过程不再进行,只要没有外界作用,系统将始终保持平衡态。因此,可由孤立系统熵的变化来判断系统中过程进行的方向,只有dS≥0的过程才是允许的。可以证明熵增加原理与热力学第二定律的开氏、克氏等表述等效。实质上,熵增加原理就是热力学第二定律。如果系统从平衡态有一微小变动,系统熵的变化 δS必小于零。因此,δS<0是判定孤立系统是否达到平衡的条件。熵或熵的变化不仅能判断过程进行的方向,还反映该系统所处状态的稳定情况。 微观解释 L.玻耳兹曼首先建立了熵与系统微观性质的联系,从而使熵这个抽象概念的物理意义得到深入的解释。以k代表玻耳兹曼常数,W 代表某一宏观态所对应的微观态的数目(或称热力学概率),则熵的统计表达式为 ![]() ![]() 1927年J.冯·诺埃曼用密度算符(见统计物理学)给出了熵的量子力学表述,称冯·诺埃曼公式 ![]() ![]() ![]() 在其他领域中的应用 熵的应用不限于热力学、统计物理学的范畴。1948年C.E.香农将熵的概念同信息论联系了起来。他认为熵是概率分布P1=P2=,...,=PN的函数,他定义熵为 ![]() ![]() |
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