推广策略-推广策略-熵的物理意义及其延伸

《推广策略-推广策略-熵的物理意义及其延伸》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、爛的物理意义及其延伸司德平在现行普通高中课程标准实验物理教科书选修3—3中，首次出现了炳(entropy)的概念。另外，现行普通高中语文教科书第六册也出现了现代科技文节选《爛：一种新的世界观》。嫡概念的提出是物理学史上一个重要的里程碑，它不仅曾经困扰物理学一个多世纪，而II也对人们的世界观产生了极其深刻的影响。诺贝尔物理学奖获得者、天体物理学家爱丁顿(A.S.Eddington)在《物理世界的本性》一书中写道：“从科学的哲学观点来看,与爛相联系的概念应被列为19世纪对科学思想的巨大贡献。”爱因斯坦(A。E

2、instein)也曾指出：“爛理论，对整个科学来说是第一法则。”那么，嫡是什么?炳的物理意义是什么?本文就炳的物理意义及拓展作一简介。1.爛的涎生嫡概念提出的背景是对热机效率的研究。从工程技术及经济角度对热机效率的研究一直把热机的最大效率一一将热完全转化为有用功作为追求的H标。对于工作在两个热源Z间的热机，在工程学方而有两个问题需要从理论上得到说明：其一•是两个热源温度及温差与热机效率的关系；其二是热的损耗问题。1824年，法国工程师卡诺(S・Carnot)提出了著名的卡诺循环，建立了热机最大效率的理论循

3、坏模型，为热机效率的研究奠定了理论基础。该研究最终导致了一种新的观念：热功转换不可避免地伴随着热的耗散，“不可能从单一热源吸热,使Z完全转化为有用功，而不产牛其他影响”。能量转换有着一个不可逆的方向，“热不能口发从低温物体流向高温物体o"1850年至1851年，徳国物理学家克劳修斯(R.Clausius)和英国物理学家开尔文(L。Kelvin)分别从不同角度对这种观念作出了理论上的描述，以上两种表述形成了热力学第二定律。热力学第二定律在热学中的地位如此重要，但它却以文字叙述的方式表述，这与物理学是定量科学

4、似乎不太相称。于是，1865年，克劳修斯在论文《关于机械热理论主耍方程的各种应用的简便形式》中止式提出了一个新的状态断数一一嫡S,并将热力学第二定律改述为关于爛的数学不等式△S20。克劳修斯把爛S予以英语名“entropy”(希腊语：evtponta,entropia；徳语：Entropie),希腊语的源意为“内向”，亦即“一个系统不受外部干扰时往内部最稳定状态发展的特性"o1923年5月25口，徳国科学家普朗克(M.Planck)来屮国讲学川到entropy这个词，当时浙江大学的胡刚复教授翻译时灵机一动

5、，根据热温商Q/TZ意首次把“商”字加火旁來意译“engpy”这个词，创造了“爛”字，发音同“商”。2.爛的物理意义克劳修斯当初把可逆过程中被传递的热量与绝对温度Z比定义为宏观爛，即热温商。在热力学中，通常用符号S表示爛这个热学量，爛的变化AS=AQ/To1877年，奥地利物理学家玻耳兹曼(L.Boltzmann)根据统计力学提出了爛与孤立系统微观态的数目Q(亦称热力学概率)的关系，即S-lnQ0后来普朗克把它写成了等式S二klnQ,式中是为玻耳兹曼常量，这个不朽的公式后来刻在了玻耳兹曼的墓碑上。「IT于

6、微观态的数目Q是分子热运动无序性的一种量度，因此玻耳兹曼上述爛的定义给出了克劳修斯宏观爛-个微观解释。根据爛的统计学定义，n越人，S也越人，那么爛自然也是系统内分子热运动无序性的量度。即爛是量度系统混乱度的状态苗数，且系统的混乱度可用一定宏观状态对应的微观状态总数n来表征。系统的微观状态数越多，热力学概率就越大，系统越混乱，爛就越大，这就是爛的本质。因此，热力学过程不町逆性的微观本质和统计意义就是系统从有序趋于无序，从概率较小的状态趋于概率较大的状态。一个系统爛的变化令两个途径，一是与外界有热交换，从而有

7、爛的输入或输出，爛可增可减；二是系统内部的耗散引起的，爛有增无减。即当热力学系统从一平衡态经绝热过程达到另一平衡态时，它的嫡永不减少。如果过程可逆，则爛不变；如果过程不可逆，则爛增加。这就是被物理学家爱丁顿称为“在口然定律中占有至高无上地位”的爛增加原理。那么，一切自发的宏观过程总是从嫡小的状态向炳大的状态发展，即沿着分子热运动的无序性(混乱度)增大的方向进行，这就是热力学第二定律的微观意义。炳增加原理说明炳将随着时间而增大，爛随吋间具有不可逆性或单向性，即爛乃吋间Z矢。需要注意，爛增加原理只能适用于孤立

8、系统。由于孤立系统内部的一切变化与外界无关，必然是绝热过程，所以爛增加原理也可表述为：一个孤立系统的爛永远不会减少。它表明随着孤立系统由非平衡态趋于平衡态，其炳单调增大，当系统达到平衡态时，爛达到故大值。爛的变化和兹大值确定了孤立系统过程进行的方向和限度，因此，炳增加原理就是热力学第二定律。克劳修斯曾经把爛看做是“物体的转变含量”。正如他的描述:“我建议把它称为entropyo这个词的词根來自希腊文，意思是'变换我有意把这个词