熵增定律

Posted 2020-10-26 zzfx

克劳修斯引入了熵的概念来描述这种不可逆过程。

在热力学中，熵是系统的状态函数，它的物理表达式为：

S =∫dQ/T或ds = dQ/T

其中，S表示熵，Q表示热量，T表示温度。

该表达式的物理含义是：一个系统的熵等于该系统在一定过程中所吸收（或耗散）的热量除以它的绝对温度。可以证明，只要有热量从系统内的高温物体流向低温物体，系统的熵就会增加：

S =∫dQ1/T1+∫dQ2/T2

假设dQ1是高温物体的热增量，T1是其绝对温度；

dQ2是低温物体的热增量，T2是其绝对温度，

则：dQ1 = -dQ2，T1>T2

于是上式推演为：S = |∫dQ2/T2|-|∫dQ1/T1| > 0

这种熵增是一个自发的不可逆过程，而总熵变总是大于零。

 

孤立系统总是趋向于熵增，最终达到熵的最大状态，也就是系统的最混乱无序状态。但是，对开放系统而言，由于它可以将内部能量交换产生的熵增通过向环境释放热量的方式转移，所以开放系统有可能趋向熵减而达到有序状态。

熵增的热力学理论与几率学理论结合，产生形而上的哲学指导意义：事物的混乱程度越高，则其几率越大。

现代科学还用信息这个概念来表示系统的有序程度。信息本来是通讯理论中的一个基本概念，指的是在通讯过程中信号不确定性的消除。后来这个概念推广到一般系统，并将信息量看作一个系统有序性或组织程度的量度，如果一个系统有确定的结构，就意味着它已经包含着一定的信息。这种信息叫做结构信息，可用来表示系统的有序性；结构信息量越大，系统越有序。因此，信息意味着负熵或熵的减少。