(最新)05不可逆过程热力学

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1、第五章不可逆过程热力学主要内容•§5.1局域平衡熵流密度和局域熵•§5.2线性和非线性关系昂萨格关系•§5.3温差电现象•§5.4最小熵产生过程•§5.5化学反映和扩散过程•§5.6非平衡系统在非线性区的发展判据•§5.7三分子模型和耗散结构的概念§5.1局域平衡熵流密度和局域熵§5.2线性和非线性关系昂萨格关系§5.3温差电现象§5.4最小熵产生过程§5.5化学反映和扩散过程§5.6非平衡系统在非线性区的发展判据§5.7三分子模型和耗散结构的概念§4熵概念的推广一、熵与能量二、熵与时间三、熵与生命四、熵与信息五、熵与社会一、熵与能量热Ι律：能量守恒热ΙΙ律：能量转化能力能力强•

2、有序无序能力弱•有序到无序能量转化过程不可逆一部分能量不能再作功--能量退化对热ΙΙ律深入认识A)能量退化角度认识孤立系统内发生的自发过程必然导致能量的退化B)熵的角度认识孤立系统…导致熵的增加熵是能量不可用程度的量度能量危机就是熵的危机二、熵与时间1.时间反演的对称性物理学中很多领域时间本质上都在描述可逆过程从现在可知过去也可知道未来2.自然界存在的基本不对称性热现象不具有时间反演对称性数学家史蒂芬指出：至少存在三个时间箭头将过去和将来分开热力学箭头无序度增加的时间方向心理学箭头只能记住过去宇宙学箭头宇宙膨胀三个箭头所指方向一致三、熵与生命热ΙΙ律：孤立系统无序度增加熵增加但生

3、物进化过程：成长过程有序度增加开放系dS=dS+dSei统：dS熵产生内部(恒为正)idS熵流外界(可正可负可零)e如果deS<0称负熵流生长阶段deS>diS有序度增加从一种dS<0有序到更高级的有序成熟阶段dS=dSei维持一种有序dS=0衰亡阶段dS0局部熵积累过多病态从物理学的角度看治疗的目的在于消除积熵薛定谔说：生命赖负熵以存在玻耳兹曼说：生物为了生存而作的一般斗争既不是为了物质也不是为了能量而是为了熵而斗争生物从外界吸收负熵是以更大范围的熵增为代价的四、熵与信息香农：信息是事物肯定程度的量度熵增等于信息的减少信息与负熵等效信

4、息的获得意味着各种可能性中概率分布的集中信息熵S=−klnPk=1ln2对某种事物作出完全判断所缺的信息量五、熵与社会可持续发展环保*§5耗散结构一、问题的提出二、自组织现象三、孤立系统开放系统四、热力学过程五、涨落导致有序六、高级分支和混沌状态一、问题的提出退化与进化1.按克劳修斯热力学理论初态→末态熵增加有序→无序能量退化非平衡→平衡退化孤立系统朝均匀简单消除差异的方向发展2.按达尔文进化论进化生物由单细胞人(极为有序)越来越复杂越来越有序(熵减少)二、自组织现象1.自组织现象在一定外界条件下系统内部自发地由无序→有序的现象无生命和有生命世界都有自组织现象(变为有序)时间有序

5、(候鸟迁徙)空间有序(蜂窝毛皮花纹)2.耗散结构-----自组织形成的有序结构自组织现象是自发进行的但•需外界提供触发条件•耗散外界的能量质量三、孤立系统开放系统热力学第二律的普遍形式1.孤立系统(和外界无能量和物质的交换)自发过有序→无序程：内部不可逆过程引起的熵变-----熵产生dSi由熵增加原理外界孤立系统dS≥0idSi2.开放系统(和外界有能量和物质的交换)实现自组织现象系统必须开放dS(系统熵产生)i•熵变dS(与外界交换能量和物质引起的熵变)e----熵流外界<0(负熵流)•dS可系统e=0dS>0(正熵流)idSe开放系统总熵变：dS=dS+dSie1)若dS<0

6、(负熵流)e且

7、dS

8、>dS(≥0)ei则dS=diS+deS<0负熵流可使开放系统熵减少变得更有序实现自组织2)若dS>0(正熵流)e则dS=diS+deS>0系统更混乱若为正熵流则系统不会实现自组织3.热二律的普遍形式开放系统∴dS≥deSdS=diS+deSdS=dS−dSie经历任何过程要求diS>0系统的熵变永不小于熵流•开放系统的熵可增可减开放系统自外界吸取能量即输入负熵•对孤立系统dS=0edS=dS≥0i(回到原来的热二律)4.生命过程普里高津(I.Prigoging比利时)1967年提出耗散结构1977年获NobelPrize(化学〕耗散结构打开从物理科学→生命

9、科学的窗口•生命过程---耗散过程高熵---混乱热平衡----死亡要活着---身体保持低熵状态•薛定谔：<<生命是什么?>>“生命之所以能存在，就在于从环境中不断得到‘负熵’”“有机体是依赖负熵为生的”----生命的热力学基础开放系统(碳水化合物净水)(CO污水排泄物等)有2物质物质机(化学能)能量能量(功热)体负熵正熵小结：有机物•必须是开放系统•和周围环境有物质和能量交换•维持低熵状态•摄入低熵物质排出高熵物质动物要吃低熵食物低熵高能食物----如碳水化合物低熵低能食物---