熱力學(xué)第2定律和耗散結(jié)構(gòu)

1、熱力學(xué)第2定律和耗散結(jié)構(gòu)要分析討論克勞修斯公式和波爾茨曼熵的公 式。1850年，德國物理學(xué)家魯?shù)婪蚩藙谛匏故状翁岢鲮氐母拍睿嚎藙谛匏构剑篸S = （dQ/T）?；颍篸S dQ/T> 0（dQ/T）又叫“熱量溫度熵”，簡稱“熱 溫熵”熵表示任何一種 能量（如：微觀粒子） 在空間 中分布的均勻程度，能量（微觀粒子）分布得越均 勻，熵就越大。一個體系的能量（微觀粒子）一完全均勻分布時,這個系統(tǒng)的熵就達(dá)到最大值。 克勞修斯的表述：熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體， 即熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體而不引起其 他變化。 開爾文的表述（略）熱力學(xué)第二定律是經(jīng)驗總結(jié)，不能從其他更普遍 的定律

2、推導(dǎo)出來，但是迄今為止沒有一個實驗事實 與之相違背，它是基本的 自然法則之一。 一切熱力學(xué)變化（包括相變化和化學(xué)變化）的方 向和限度（程度）都可 歸結(jié)為熱和功之間的 相互轉(zhuǎn)化 及其轉(zhuǎn)化限度的問題。克勞修斯在研究 卡諾熱機時，根據(jù)卡諾定 理得出了對任意可逆 循環(huán)過程 都適用的一個公式; 克勞修斯公式：dS = (dQ/T)?；颍篸S dQ/T> 0(dQ/T)又叫“熱量溫度熵”，簡稱“熱 溫熵” dS = dQ / T中等號表示：系統(tǒng)的熵在“可逆”絕熱過程 中不變(“可 逆”表示發(fā)散的微觀粒子可以回至H初始有序 態(tài)，增大的熵可以減小)。這就是熵增加原理（也就是熱力學(xué)第二定律）。熵增加原理：

3、一個孤立系統(tǒng)的熵永遠(yuǎn)不會減 少。（或在“不可逆”絕熱過程 中系統(tǒng)熵總是單 調(diào)增大）。它表明隨著孤立系統(tǒng)由 韭平衡態(tài)趨于平衡 態(tài)，其熵單調(diào)增大，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到平衡態(tài)時，熵達(dá)到 最大值。例如：很多小球互相撞擊后產(chǎn)生的混亂程度 要大于撞擊前的混亂程度，其撞擊產(chǎn)生的熱量變化3 Qi很小后，dS也變小，這時上式取等號，過程可 逆。但真實情況是小球互相撞擊后，是要消耗能 量的，故dS3Q不可能完全相等，即上式不可能真 正取等號，所以可逆過程實際是不存在的）波爾茨曼熵的公式： 熵=微觀狀態(tài)數(shù)的對數(shù)S=kx In Q其中，Q為系統(tǒng)分子的狀態(tài)數(shù),其中k =1.3x 1023(J/K)叫波爾茲曼常數(shù)。玻爾茲曼函數(shù)的統(tǒng)計學(xué)意義S=kx In Q這個公式反映了熵函數(shù)的統(tǒng)計學(xué)意義， 它將系統(tǒng)的宏觀物理量s與微觀物理量Q聯(lián)系 起來。S越大，微觀粒子相互撞擊、趨向有序 排列的可能性越小，物理量 Q混亂度越大。物理學(xué)意義1 .基于上述熵與 熱力學(xué)幾率之間的關(guān)系,可以得出結(jié)論:系統(tǒng)的熵值直接反映了它所處狀態(tài)的均 勻程度，系統(tǒng)的熵值越小，它所處的狀態(tài)越是 有序，越不均勻。2.系統(tǒng)的熵值越大，它所處的狀態(tài)越是無 序，越均勻。系統(tǒng)總是力圖自發(fā)地從 熵值較小 的狀態(tài)向熵值較大（即從有序走向無序）的狀 態(tài)轉(zhuǎn)變，這就是隔離系統(tǒng) 熵值增大原理”的微 觀物理意義。狀態(tài)函數(shù)S的