知識(shí)點(diǎn)--熱力學(xué)與材料熱力學(xué)部分.doc

1、熱力學(xué)與材料熱力學(xué)部分熱力學(xué):用能量轉(zhuǎn)化和守恒的觀點(diǎn)來(lái)研究物質(zhì)熱運(yùn)動(dòng)的客觀規(guī)律；以實(shí)驗(yàn)事實(shí)為基礎(chǔ)，總結(jié)研究系統(tǒng)狀態(tài)變化過(guò)程中的功能轉(zhuǎn)化和熱力學(xué)過(guò)程的方向性問(wèn)題。 熱力學(xué)研究能(energy）和能的轉(zhuǎn)變（transformations)規(guī)律材料研究的每個(gè)過(guò)程離不開(kāi)熱力學(xué) 1、材料服役性能 2、材料制備 3、材料微觀組織材料熱力學(xué)是熱力學(xué)基本原理在材料設(shè)計(jì)、制備與使用過(guò)程中的應(yīng)用。材料熱力學(xué)是材料科學(xué)的重要基礎(chǔ)之一。材料學(xué)的核心問(wèn)題是求得材料成分組織結(jié)構(gòu)各種性能之間的關(guān)系。問(wèn)題的前半部分，即材料成分組織結(jié)構(gòu)的關(guān)系要服從一個(gè)基本的科學(xué)規(guī)則，這個(gè)基本規(guī)則就是材料熱力學(xué)。在材料的研究逐漸由“嘗試法&qu

2、ot;走向“定量設(shè)計(jì)”的今天，材料熱力學(xué)的學(xué)習(xí)尤其顯得重要. 材料熱力學(xué)是經(jīng)典熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)理論在材料研究方面的應(yīng)用，其目的在與揭示材料中的相和組織的形成規(guī)律。固態(tài)材料中的熔化與凝固以及各類固態(tài)相變、相平衡關(guān)系和相平衡成分的確定、結(jié)構(gòu)上的物理和化學(xué)有序性以及各類晶體缺陷的形成條件等是其主要研究對(duì)象。 現(xiàn)代材料科學(xué)發(fā)展的主要特征之一是對(duì)材料的微觀層次認(rèn)識(shí)不斷進(jìn)步。利用場(chǎng)離子顯微鏡和高分辨電子顯微鏡把這一認(rèn)識(shí)推進(jìn)到了納米和小于納米的層次,已經(jīng)可以直接觀察到從位錯(cuò)形態(tài)直至原子實(shí)際排列的微觀形態(tài)。這些成就可能給人們?cè)斐梢环N誤解，以為只有在微觀尺度上對(duì)材料的直接分析才是深刻把握材料組織結(jié)構(gòu)形成規(guī)律的

3、最主要內(nèi)容和最主要途徑；以為對(duì)那些熵、焓、自有能、活度等抽象概念不再需要更多的加以注意。其實(shí)不然，不僅熱力學(xué)的主要長(zhǎng)處在于它的抽象性和演繹性，而且現(xiàn)代材料科學(xué)的每一次進(jìn)步和發(fā)展都一直受到經(jīng)典熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)的支撐和幫助。材料熱力學(xué)的形成和發(fā)展正是材料科學(xué)走向成熟的標(biāo)志之一.工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步在拉動(dòng)材料熱力學(xué)的發(fā)展，而材料熱力學(xué)的發(fā)展又在為下一個(gè)技術(shù)進(jìn)步準(zhǔn)備基礎(chǔ)和條件。材料熱力學(xué)是熱力學(xué)理論在材料研究、材料生產(chǎn)活動(dòng)中的應(yīng)用。因此這是一門與實(shí)踐關(guān)系十分密切的科學(xué)。學(xué)習(xí)這門課程，不能滿足于理解書(shū)中的內(nèi)容，而應(yīng)當(dāng)多進(jìn)行一些對(duì)實(shí)際材料問(wèn)題的分析與計(jì)算，開(kāi)始可以是一些簡(jiǎn)單的、甚至是別人已經(jīng)解決的問(wèn)題，然后由

4、易漸難，循序漸進(jìn).通過(guò)不斷的實(shí)際分析與計(jì)算，增進(jìn)對(duì)熱力學(xué)理論的理解,加深對(duì)熱力學(xué)的興趣，進(jìn)而有自己的心得和成績(jī)。熱力學(xué)最基本概念:1、焓變 enthalpy焓，熱函：一個(gè)系統(tǒng)中的熱力作用，等于該系統(tǒng)內(nèi)能加上其體積與外界作用于該系統(tǒng)的壓力的乘積的總和焓是物體的一個(gè)熱力學(xué)能狀態(tài)函數(shù)，焓變即物體焓的變化量。 焓和焓變焓是一個(gè)狀態(tài)函數(shù)，也就是說(shuō)，系統(tǒng)的狀態(tài)一定，焓的值就定了.焓的定義式是這樣的：H=U+pV其中U表示熱力學(xué)能，也稱為內(nèi)能（Internal Energy),即系統(tǒng)內(nèi)部的所有能量p是系統(tǒng)的壓力(Pressure)，V是系統(tǒng)的體積（Volume)作為一個(gè)描述系統(tǒng)狀態(tài)的狀態(tài)函數(shù)，焓沒(méi)有明確的物

5、理意義H(焓變)表示的是系統(tǒng)發(fā)生一個(gè)過(guò)程的焓的增量H=U+（pV）在恒壓條件下，H（焓變)可以表示過(guò)程的熱力學(xué)能變 相關(guān)知識(shí)在介紹焓之前需要了解一下分子熱運(yùn)動(dòng)、熱力學(xué)能和熱力學(xué)第一定律：1827年，英國(guó)植物學(xué)家布朗把非常細(xì)小的花粉放在水面上并用顯微鏡觀察，發(fā)現(xiàn)花粉在水面上不停地運(yùn)動(dòng)，且運(yùn)動(dòng)軌跡極不規(guī)則.起初人們以為是外界影響,如振動(dòng)或液體對(duì)流等，后經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明這種運(yùn)動(dòng)的的原因不在外界，而在液體內(nèi)部.原來(lái)花粉在水面運(yùn)動(dòng)是受到各個(gè)方向水分子的撞擊引起的。于是這種運(yùn)動(dòng)叫做布朗運(yùn)動(dòng),布朗運(yùn)動(dòng)表明液體分子在不停地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)。從實(shí)驗(yàn)中可以觀察到，布朗運(yùn)動(dòng)隨著溫度的升高而愈加劇烈。這表示分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)跟溫

6、度有關(guān)系,溫度越高，分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)就越激烈。正因?yàn)榉肿拥臒o(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)與溫度有關(guān)系，所以通常把分子的這種運(yùn)動(dòng)叫做分子的熱運(yùn)動(dòng)。本文為互聯(lián)網(wǎng)收集，請(qǐng)勿用作商業(yè)用途個(gè)人收集整理，勿做商業(yè)用途在熱學(xué)中，分子、原子、離子和原子團(tuán)做熱運(yùn)動(dòng)時(shí)遵從相同的規(guī)律，所以統(tǒng)稱為分子。既然組成物體的分子不停地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，那么，像一切運(yùn)動(dòng)著的物體一樣，做熱運(yùn)動(dòng)的分子也具有動(dòng)能。個(gè)別分子的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象（速度大小和方向）是偶然的，但從大量分子整體來(lái)看,在一定條件下，它們遵循著一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，與熱運(yùn)動(dòng)有關(guān)的宏觀量-溫度，就是大量分子熱運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)平均值。分子動(dòng)能與溫度有關(guān)，溫度越高，分子的平均動(dòng)能就越大，反之越小。所以從分子動(dòng)理論

7、的角度看,溫度是物體分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能的標(biāo)志（即微觀含義，宏觀：表示物體的冷熱程度)。分子間存在相互作用力，即化學(xué)上所說(shuō)的分子間作用力(范德華力）。分子間作用力是分子引力與分子斥力的合力,存在一距離r0使引力等于斥力,在這個(gè)位置上分子間作用力為零。分子引力與分子斥力都隨分子間距減小而增大，但是斥力的變化幅度相對(duì)較大,所以分子間距大于r0時(shí)表現(xiàn)為引力，小于r0時(shí)表現(xiàn)為斥力.因?yàn)榉肿娱g存在相互作用力,所以分子間具有由它們相對(duì)位置決定的勢(shì)能，叫做分子勢(shì)能.分子勢(shì)能與彈簧彈性勢(shì)能的變化相似。物體的體積發(fā)生變化時(shí),分子間距也發(fā)生變化,所以分子勢(shì)能同物體的體積有關(guān)系。物體中所有分子做熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和分子勢(shì)

8、能的總和叫做物體的熱力學(xué)能，也叫做內(nèi)能。熱力學(xué)能與動(dòng)能、勢(shì)能一樣，是物體的一個(gè)狀態(tài)量.改變物體內(nèi)能的方式有兩個(gè)：做功和熱傳遞。一個(gè)物體,如果它跟外界不發(fā)生熱交換，也就是它既沒(méi)有吸收熱量也沒(méi)有放出熱量，則外界對(duì)其做功等于其熱力學(xué)能的增量：U1=W如果物體對(duì)外界做功，則W為負(fù)值，熱力學(xué)能增加量U1也為負(fù)值，表示熱力學(xué)能減少。如果外界既沒(méi)有對(duì)物體做功,物體也沒(méi)有對(duì)外界做功，那么物體吸收的熱量等于其熱力學(xué)能的增量：U2=Q如果物體放熱，則Q為負(fù)值，熱力學(xué)能增加量U2也為負(fù)值，表示熱力學(xué)能減少.一般情況下，如果物體跟外界同時(shí)發(fā)生做功和熱傳遞的過(guò)程，那么物體熱力學(xué)能的增量等于外界對(duì)物體做功加上物體從外界吸

9、收的熱量,即:U=U1+U2=Q+W因?yàn)闊崃W(xué)能U是狀態(tài)量，所以：U=U末態(tài)U初態(tài)=Q+W上式即熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式?；瘜W(xué)反應(yīng)都是在一定條件下進(jìn)行的,其中以恒容與恒壓最為普遍和重要.在密閉容器內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)就是恒容過(guò)程.因?yàn)橄到y(tǒng)體積不變，而且只做體積功（即通過(guò)改變物體體積來(lái)對(duì)物體做功，使物體內(nèi)能改變，如在針管中放置火柴頭，堵住針頭并壓縮活塞，火柴頭會(huì)燃燒），所以W=0，代入熱一定律表達(dá)式得：U=Q它表明恒容過(guò)程的熱等于系統(tǒng)熱力學(xué)能的變化，也就是說(shuō),只要確定了過(guò)程恒容和只做體積功的特點(diǎn),Q就只決定于系統(tǒng)的初末狀態(tài)。在敞口容器中進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)就是恒壓過(guò)程。所謂橫壓是制系統(tǒng)的壓強(qiáng)p等于環(huán)境壓強(qiáng)p外,

10、并保持恒定不變,即p=p外=常數(shù)。由于過(guò)程恒壓和只做體積功，所以:W=W體積=p外(V2-V1)=（p2V2-p1V1）其中W為外界對(duì)系統(tǒng)做的功，所以系統(tǒng)對(duì)外做功為負(fù).壓強(qiáng)乘以體積的改變量是系統(tǒng)對(duì)外做的功,可以按照p=F/S,V=Sh，F(xiàn)h=pV來(lái)理解.將其代入熱一定律表達(dá)式得：Q=UW=U2-U1+（p2V2p1V1）=（U2+p2V2)-(U1+p1V1）因?yàn)閁+pV是狀態(tài)函數(shù)（即狀態(tài)量）的組合（即一個(gè)狀態(tài)只有一個(gè)熱力學(xué)能U,外界壓強(qiáng)p和體積V）,所以將它定義為一個(gè)新的狀態(tài)函數(shù)-焓，并用符號(hào)H表示，所以上式可變?yōu)?Q=H2H1=H它表明恒壓過(guò)程中的熱等于系統(tǒng)焓的變化，也就是說(shuō)，只要確定了過(guò)

11、程恒壓和只做體積功的特點(diǎn)，Q就只決定于系統(tǒng)的初末狀態(tài)。焓的物理意義可以理解為恒壓和只做體積功的特殊條件下，Q=H，即反應(yīng)的熱量變化。因?yàn)橹挥性诖藯l件下，焓才表現(xiàn)出它的特性.例如恒壓下對(duì)物質(zhì)加熱，則物質(zhì)吸熱后溫度升高，H>0,所以物質(zhì)在高溫時(shí)的焓大于它在低溫時(shí)的焓。又如對(duì)于恒壓下的放熱化學(xué)反應(yīng)，H0，所以生成物的焓小于反應(yīng)物的焓。在化學(xué)反應(yīng)中，因?yàn)镠是狀態(tài)函數(shù)，所以只有當(dāng)產(chǎn)物和反應(yīng)物的狀態(tài)確定后，H才有定值。為把物質(zhì)的熱性質(zhì)數(shù)據(jù)匯集起來(lái)，以便人們查用,所以很有必要對(duì)物質(zhì)的狀態(tài)有一個(gè)統(tǒng)一的規(guī)定，只有這樣才不致引起混亂?；谶@種需要，科學(xué)家們提出了熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的概念.熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)也稱熱化學(xué)

12、標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài),具體規(guī)定為：氣體-在p（101kPa，上標(biāo)指標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))壓力下處于理想氣體（我們周圍的氣體可以近似看作理想氣體）狀態(tài)的氣態(tài)純物質(zhì)。液體和固體在p壓力下的液態(tài)和固態(tài)純物質(zhì)。對(duì)于一個(gè)任意的化學(xué)反應(yīng)：eE+fF-gG+rR其中e、f、g、r為化學(xué)計(jì)量系數(shù)。若各物質(zhì)的溫度相同，且均處于熱化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，則g mol G和r mol R的焓與e mol E和f mol F的焓之差,即為該反應(yīng)在該溫度下的標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓或標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)熱，符號(hào)為rH(T),其中下標(biāo)“r"指反應(yīng)，“T”指反應(yīng)時(shí)的熱力學(xué)溫度,“m”指=1mol，rH的單位為kJ·mol-1。讀作“可賽”，為反應(yīng)進(jìn)度，對(duì)

13、于反應(yīng)eE+fFgG+rR，可以寫成:0=gG+rReE-fF=vBBB式中，B代表反應(yīng)物或產(chǎn)物,vB為相應(yīng)的化學(xué)計(jì)量系數(shù)，對(duì)反應(yīng)物取負(fù)值，對(duì)產(chǎn)物取正值。根據(jù)相關(guān)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn),對(duì)于化學(xué)反應(yīng)0=vBB，若任一物質(zhì)B物質(zhì)的量，初始狀態(tài)時(shí)為nB0，某一程度時(shí)為nB，則反應(yīng)進(jìn)度的定義為：B=（nB-nB0）/vB=nB/vB由此可以概括出如下幾點(diǎn)：對(duì)于指定的化學(xué)計(jì)量方程式，vB為定值，隨B物質(zhì)的量的變化而變化,所以可用度量反應(yīng)進(jìn)行的深度。由于vB的量綱為1,nB的單位為mol,所以的單位也為mol。對(duì)于反應(yīng)eE+fF-gG+rR，可以寫出:=nE/vE=nF/vF=nG/vG=nR/vR對(duì)于指定的化學(xué)計(jì)量

14、方程式，當(dāng)nB的數(shù)值等于vB時(shí)，則=1mol。焓（）及焓變（)與等壓熱效應(yīng)（qp)的關(guān)系在等壓,只做體積功條件下:u = qp + w = qp p（v2 v1）u = qp + pv1 pv2qp = (u2+ pv2 （u1+ pv1)含 H = u + pv （H 定義為焓，是狀態(tài)函數(shù))則 qp = H2 H1 = H結(jié)論：等壓，只做體積功條件下（化學(xué)反應(yīng)通常屬此種情況)，體系焓變（H)在數(shù)值上等于等壓熱效應(yīng)（p）。焓變是與化學(xué)反應(yīng)的起始狀態(tài),終止?fàn)顟B(tài)有關(guān)，與物質(zhì)所處環(huán)境的壓強(qiáng),溫度等因素有關(guān)，與化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程無(wú)關(guān)。2、熵熵物理名詞,用熱量除溫度所得的商,標(biāo)志熱量轉(zhuǎn)化為功的程度 entr

15、opy物理意義：物質(zhì)微觀熱運(yùn)動(dòng)時(shí),混亂程度的標(biāo)志。熱力學(xué)中表征物質(zhì)狀態(tài)的參量之一,通常用符號(hào)S表示。在經(jīng)典熱力學(xué)中，可用增量定義為dS(dQ/T),式中T為物質(zhì)的熱力學(xué)溫度；dQ為熵增過(guò)程中加入物質(zhì)的熱量。下標(biāo)“可逆”表示加熱過(guò)程所引起的變化過(guò)程是可逆的.若過(guò)程是不可逆的，則dS（dQ/T)不可逆.單位質(zhì)量物質(zhì)的熵稱為比熵，記為s。熵最初是根據(jù)熱力學(xué)第二定律引出的一個(gè)反映自發(fā)過(guò)程不可逆性的物質(zhì)狀態(tài)參量。熱力學(xué)第二定律是根據(jù)大量觀察結(jié)果總結(jié)出來(lái)的規(guī)律，有下述表述方式:熱量總是從高溫物體傳到低溫物體,不可能作相反的傳遞而不引起其他的變化；功可以全部轉(zhuǎn)化為熱，但任何熱機(jī)不能全部地、連續(xù)不斷地把所接受

16、的熱量轉(zhuǎn)變?yōu)楣Γ礋o(wú)法制造第二類永動(dòng)機(jī)）;在孤立系統(tǒng)中，實(shí)際發(fā)生的過(guò)程總使整個(gè)系統(tǒng)的熵值增大,此即熵增原理.摩擦使一部分機(jī)械能不可逆地轉(zhuǎn)變?yōu)闊?，使熵增加。熱量dQ由高溫(T1)物體傳至低溫(T2）物體，高溫物體的熵減少dS1=dQ/T1，低溫物體的熵增加dS2=dQ/T2，把兩個(gè)物體合起來(lái)當(dāng)成一個(gè)系統(tǒng)來(lái)看,熵的變化是dSdS2dS10，即熵是增加的。個(gè)人收集整理,勿做商業(yè)用途個(gè)人收集整理，勿做商業(yè)用途 物理學(xué)上指熱能除以溫度所得的商，標(biāo)志熱量轉(zhuǎn)化為功的程度。 科學(xué)技術(shù)上泛指某些物質(zhì)系統(tǒng)狀態(tài)的一種量度，某些物質(zhì)系統(tǒng)狀態(tài)可能出現(xiàn)的程度。亦被社會(huì)科學(xué)用以借喻人類社會(huì)某些狀態(tài)的程度。 在信息論中，熵表

17、示的是不確定性的量度。只有當(dāng)你所使用的那個(gè)特定系統(tǒng)中的能量密度參差不齊的時(shí)候，能量才能夠轉(zhuǎn)化為功，這時(shí),能量?jī)A向于從密度較高的地方流向密度較低的地方，直到一切都達(dá)到均勻?yàn)橹?。正是依靠能量的這種流動(dòng)，你才能從能量得到功.江河發(fā)源地的水位比較高，那里的水的勢(shì)能也比河口的水的勢(shì)能來(lái)得大。由于這個(gè)原因，水就沿著江河向下流入海洋。要不是下雨的話，大陸上所有的水就會(huì)全部流入海洋,而海平面將稍稍升高?？倓?shì)能這時(shí)保持不變。但分布得比較均勻。正是在水往下流的時(shí)候，可以使水輪轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái),因而水就能夠做功。處在同一個(gè)水平面上的水是無(wú)法做功的,即使這些水是處在很高的高原上，因而具有異常高的勢(shì)能，同樣做不了功.在這里起決

18、定性作用的是能量密度的差異和朝著均勻化方向的流動(dòng)。熵是混亂和無(wú)序的度量。熵值越大，混亂無(wú)序的程度越大。我們這個(gè)宇宙是熵增的宇宙。熱力學(xué)第二定律體現(xiàn)的就是這個(gè)特征。生命是高度的有序,智慧是高度的有序，在一個(gè)熵增的宇宙為什么會(huì)出現(xiàn)生命？會(huì)進(jìn)化出智慧？(負(fù)熵）。熱力學(xué)第二定律還揭示了：局部的有序是可能的，但必須以其他地方的更大無(wú)序?yàn)榇鷥r(jià)。人生存，就要能量，要食物，要以動(dòng)植物的死亡(熵增)為代價(jià)。萬(wàn)物生長(zhǎng)靠太陽(yáng)。動(dòng)植物的有序又是以太陽(yáng)核反應(yīng)的衰竭(熵增）或其他形式的熵增為代價(jià)的.人關(guān)在完全封閉的鉛盒子里，無(wú)法以其他地方的熵增維持自己的負(fù)熵。在這個(gè)相對(duì)封閉的系統(tǒng)中，熵增的法則破壞了生命的有序.熵是時(shí)間的

19、箭頭，在這個(gè)宇宙中是不可逆的。熵與時(shí)間密切相關(guān).如果時(shí)間停止“流動(dòng)”，熵增也就無(wú)從談起.“任何我們已知的物質(zhì)能關(guān)住”的東西，不是別的,就是“時(shí)間”。低溫關(guān)住的也是“時(shí)間”。生命是物質(zhì)的有序“結(jié)構(gòu)".“結(jié)構(gòu)”與具體的物質(zhì)不是同一個(gè)層次的概念。就像大廈的建筑材料和大廈的式樣不是同一個(gè)層次的概念一樣。生物學(xué)已經(jīng)證明,凡是上了歲數(shù)的人，身體中的原子,已經(jīng)沒(méi)有一個(gè)是剛出生時(shí)候的了。但是，你還是你，我還是我，生命還在延續(xù)。倒是死了的人，沒(méi)有了新陳代謝，身體中的分子可以保留很長(zhǎng)時(shí)間。意識(shí)是比生命更高層次的有序，可以在生命之間傳遞.說(shuō)到這里，我想物質(zhì)與意識(shí)的層次關(guān)系應(yīng)該比較清楚了.本文為互聯(lián)網(wǎng)收集，

20、請(qǐng)勿用作商業(yè)用途個(gè)人收集整理，勿做商業(yè)用途不管對(duì)哪一種能量來(lái)說(shuō)，情況都是如此。在蒸汽機(jī)中,有一個(gè)熱庫(kù)把水變成蒸汽，還有一個(gè)冷庫(kù)把蒸汽冷凝成水。起決定性作用的正是這個(gè)溫度差。在任何單一的、毫無(wú)差別的溫度下不管這個(gè)溫度有多高-是不可能得到任何功的?！办亍保╡ntropy)是德國(guó)物理學(xué)家克勞修斯（Rudolf Clausius， 1822 1888)在1850年創(chuàng)造的一個(gè)術(shù)語(yǔ)，他用它來(lái)表示任何一種能量在空間中分布的均勻程度。能量分布得越均勻，熵就越大。如果對(duì)于我們所考慮的那個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，能量完全均勻地分布，那么，這個(gè)系統(tǒng)的熵就達(dá)到最大值。在克勞修斯看來(lái)，在一個(gè)系統(tǒng)中，如果聽(tīng)任它自然發(fā)展,那么，能量差總

21、是傾向于消除的。讓一個(gè)熱物體同一個(gè)冷物體相接觸，熱就會(huì)以下面所說(shuō)的方式流動(dòng):熱物體將冷卻，冷物體將變熱，直到兩個(gè)物體達(dá)到相同的溫度為止。如果把兩個(gè)水庫(kù)連接起來(lái),并且其中一個(gè)水庫(kù)的水平面高于另一個(gè)水庫(kù)，那么，萬(wàn)有引力就會(huì)使一個(gè)水庫(kù)的水面降低,而使另一個(gè)水面升高,直到兩個(gè)水庫(kù)的水面均等,而勢(shì)能也取平為止.因此，克勞修斯說(shuō)，自然界中的一個(gè)普遍規(guī)律是：能量密度的差異傾向于變成均等。換句話說(shuō)，“熵將隨著時(shí)間而增大”.對(duì)于能量從密度較高的地方向密度較低的地方流動(dòng)的研究，過(guò)去主要是對(duì)于熱這種能量形態(tài)進(jìn)行的。因此,關(guān)于能量流動(dòng)和功能轉(zhuǎn)換的科學(xué)就被稱為“熱力學(xué)"，這是從希臘文“熱運(yùn)動(dòng)”一詞變來(lái)的。人們

22、早已斷定，能量既不能創(chuàng)造,也不能消滅。這是一條最基本的定律；所以人們把它稱為“熱力學(xué)第一定律"?？藙谛匏顾岢龅撵仉S時(shí)間而增大的說(shuō)法，看來(lái)差不多也是非?；镜囊粭l普遍規(guī)律，所以它被稱為“熱力學(xué)第二定律"。描述熱力學(xué)系統(tǒng)的重要態(tài)函數(shù)之一。熵的大小反映系統(tǒng)所處狀態(tài)的穩(wěn)定情況，熵的變化指明熱力學(xué)過(guò)程進(jìn)行的方向，熵為熱力學(xué)第二定律提供了定量表述。為了定量表述熱力學(xué)第二定律，應(yīng)該尋找一個(gè)在可逆過(guò)程中保持不變，在不可逆過(guò)程中單調(diào)變化的態(tài)函數(shù)?？藙谛匏乖谘芯靠ㄖZ熱機(jī)時(shí)，根據(jù)卡諾定理得出了對(duì)任意循環(huán)過(guò)程都都適用的一個(gè)公式,式中Q是系統(tǒng)從溫度為T的熱源吸收的微小熱量，等號(hào)和不等號(hào)分別對(duì)應(yīng)可逆

23、和不可逆過(guò)程。可逆循環(huán)的表明存在著一個(gè)態(tài)函數(shù)熵，可定義為另一式（參見(jiàn)相關(guān)著述）。對(duì)于絕熱過(guò)程Q0，故S0，即系統(tǒng)的熵在可逆絕熱過(guò)程中不變，在不可逆絕熱過(guò)程中單調(diào)增大。這就是熵增加原理.由于孤立系統(tǒng)內(nèi)部的一切變化與外界無(wú)關(guān)，必然是絕熱過(guò)程，所以熵增加原理也可表為:一個(gè)孤立系統(tǒng)的熵永遠(yuǎn)不會(huì)減少。它表明隨著孤立系統(tǒng)由非平衡態(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(shí)，熵達(dá)到最大值。熵的變化和最大值確定了孤立系統(tǒng)過(guò)程進(jìn)行的方向和限度，熵增加原理就是熱力學(xué)第二定律。能量是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的一種量度，形式多樣，可以相互轉(zhuǎn)換。某種形式的能量如內(nèi)能越多表明可供轉(zhuǎn)換的潛力越大。熵原文的字意是轉(zhuǎn)變,描述內(nèi)能與其他形式能

24、量自發(fā)轉(zhuǎn)換的方向和轉(zhuǎn)換完成的程度。隨著轉(zhuǎn)換的進(jìn)行，系統(tǒng)趨于平衡態(tài)，熵值越來(lái)越大,這表明雖然在此過(guò)程中能量總值不變,但可供利用或轉(zhuǎn)換的能量卻越來(lái)越少了。 內(nèi)能 、 熵和熱力學(xué)第一、第二定律使人們對(duì)與熱運(yùn)動(dòng)相聯(lián)系的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程的基本特征有了全面完整的認(rèn)識(shí)。從微觀上說(shuō),熵是組成系統(tǒng)的大量微觀粒子無(wú)序度的量度,系統(tǒng)越無(wú)序、越混亂,熵就越大。熱力學(xué)過(guò)程不可逆性的微觀本質(zhì)和統(tǒng)計(jì)意義就是系統(tǒng)從有序趨于無(wú)序，從概率較小的狀態(tài)趨于概率較大的狀態(tài)。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因也很簡(jiǎn)單，既自然界通向無(wú)序的方法遠(yuǎn)多于通向有序的方法，打個(gè)比方，讓一群學(xué)生在操場(chǎng)上站好隊(duì)，需要一些手段，但要他們?cè)诓賵?chǎng)上亂跑，就很簡(jiǎn)單了。信息論中的熵

25、：信息的度量單位。信息論的創(chuàng)始人Shannon在其著作通信的數(shù)學(xué)理論中提出了建立在概率統(tǒng)計(jì)模型上的信息度量。他把信息定義為“用來(lái)消除不確定性的東西”。Shannon公式：I(A)=-logP(A)I(A)度量事件A發(fā)生所提供的信息量,稱之為事件A的自信息，P（A）為事件A發(fā)生的概率。如果一個(gè)隨機(jī)試驗(yàn)有N個(gè)可能的結(jié)果或一個(gè)隨機(jī)消息有N個(gè)可能值，若它們出現(xiàn)的概率分別為p1,p2,，pN,則這些事件的自信息的平均值：H=-SUM（pilog(pi)，i=1，2N。H稱為熵。在信息論中，熵可用作某事件不確定度的量度.信息量越大,體系結(jié)構(gòu)越規(guī)則,功能越完善,熵就越小。利用熵的概念,可以從理論上研究信息的

26、計(jì)量 、傳遞 、變換、存儲(chǔ)。此外，熵在控制論、概率論、數(shù)論、天體物理、生命科學(xué)等領(lǐng)域也都有一定的應(yīng)用。在物理學(xué)中，玻爾茲曼說(shuō)：“當(dāng)能量被減少時(shí)，原子就呈現(xiàn)為一種更無(wú)序的狀態(tài).”熵是對(duì)無(wú)序的一種度量：那是一個(gè)意義深遠(yuǎn)的概念，該概念就來(lái)源于玻爾茲曼的新的解釋。另人吃驚的是，可制作一種度量無(wú)序的方法，那就是特殊狀態(tài)的概率-在次被定義為原子聚集方式的數(shù)量。他十分精確的表示為：S=KlogWS是熵，它與給定狀態(tài)的概率W的對(duì)數(shù)值成正比,K是比例常數(shù)，現(xiàn)在稱為玻爾茲曼常數(shù)。如果不是玻爾茲曼，我們的進(jìn)步將會(huì)倒退幾十年，也許一百年。他那不朽的公式S=KlogW刻在他的墓碑上。熵最早是熱力學(xué)上的一個(gè)符號(hào)，表達(dá)的是某一系統(tǒng)內(nèi)部熱量平均化的程度。而后,這個(gè)概念被許多其他學(xué)科借用，引伸出更多的概念。但是不管在學(xué)科間如何變化，其表達(dá)的概念總是一個(gè)，就是，系統(tǒng)內(nèi)部物質(zhì)分布平均化程度。熵如今已經(jīng)成為一個(gè)廣義化的概念而非物理學(xué)獨(dú)有的了。熵是一個(gè)物理概念，以日常語(yǔ)言來(lái)說(shuō),往往就是失序但熵與常識(shí)中的失序有很大的不同熱力學(xué)第二定律說(shuō)的是，封閉系統(tǒng)的熵，總植無(wú)法降低所謂封閉系統(tǒng)就是，就是質(zhì)與能都無(wú)法自由進(jìn)出的系統(tǒng)3、吉布斯自由能吉布斯（18391903）Gibbs，Josiah Willard美國(guó)物理學(xué)家。1839年2月11日生于紐黑文，1903年