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熵的概念

熵的概念

热力学第二定律表明:一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。不可逆过程所产生的结果无论用什么方法都不能使系统恢复原状而不引起其他变化。这就意味着一旦系统发生改变,随之产生的不可逆性与具体发生改变的过程无关[2]。这种不可逆性反映了始末两个状态存在性质上的差异。从统计学角度看,这种差异表现在始末两个宏观状态所包含的微观态数目不同,并直接决定了过程进行的方向。为了能从数学上描述这种由于状态上的差异而引起的过程方向问题,需要引入一个新的物流量称为熵,用S来表示。熵是一个反应系统状态的函数。在实际应用中,常见有克劳修斯熵、玻尔兹曼熵和香农熵(信息熵)三种定义。


2 熵增原理
熵增原理是热力学第二定律的一种表述。

2.1 从化学角度阐述的熵增原理
推动化学反应自发进行的因素有两个:能量和混乱度。体系经过反应后若能量降低,则有利于反应的自发进行;若混乱度增大(即熵增大),亦有利于反应的自发进行。对于孤立体系而言,体系与环境不存在物质和能量交换,能够推动反应自发进行的因素就只有熵增加。因此,在孤立体系的任何自发过程总是朝着熵增大的方向进行,这就是熵增原理[1]。


宇宙中所有物质,上到恒星下到昆虫,都带着这样一个不可充电的“电池”,一旦耗尽了,寿命也将终结。





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