什么是熵的含义?(急)什么是熵的含义?谁知道的,
来源:学生作业帮助网 编辑:作业帮 时间:2024/08/30 09:57:03
什么是熵的含义?(急)什么是熵的含义?谁知道的,
什么是熵的含义?(急)
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熵 科技名词定义
中文名称:熵 英文名称:entropy 定义1:表示物质系统状态的一个物理量(记为S),它表示该状态可能出现的程度.在热力学中,是用以说明热学过程不可逆性的一个比较抽象的物理量.孤立体系中实际发生的过程必然要使它的熵增加.所属学科:大气科学(一级学科) ;动力气象学(二级学科) 定义2:热力系中工质的热力状态参数之一.在可逆微变化过程中,熵的变化等于系统从热源吸收的热量与热源的热力学温度之比,可用于度量热量转变为功的程度.所属学科:电力(一级学科) ;通论(二级学科) 定义3:系统中无序或无效能状态的度量.熵在信息系统中作为事物不确定性的表征.所属学科:生态学(一级学科) ;数学生态学(二级学科)
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百科名片
熵(entropy)指的是体系的混乱的程度,它在控制论、概率论、数论、天体物理、生命科学等领域都有重要应用,在不同的学科中也有引申出的更为具体的定义,是各领域十分重要的参量.熵由鲁道夫·克劳修斯(Rudolf Clausius)提出,并应用在热力学中.后来在,克劳德·艾尔伍德·香农(Claude Elwood Shannon)第一次将熵的概念引入到信息论中来.
科技名词定义
中文名称:熵 英文名称:entropy 定义1:表示物质系统状态的一个物理量(记为S),它表示该状态可能出现的程度。在热力学中,是用以说明热学过程不可逆性的一个比较抽象的物理量。孤立体系中实际发生的过程必然要使它的熵增加。 所属学科: 大气科学(一级学科) ;动力气象学(二级学科) 定义2:热力系中工质的热力状态参数之一。在可逆微变化过程中,熵的变化等于系统从热源吸收的热量与...
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科技名词定义
中文名称:熵 英文名称:entropy 定义1:表示物质系统状态的一个物理量(记为S),它表示该状态可能出现的程度。在热力学中,是用以说明热学过程不可逆性的一个比较抽象的物理量。孤立体系中实际发生的过程必然要使它的熵增加。 所属学科: 大气科学(一级学科) ;动力气象学(二级学科) 定义2:热力系中工质的热力状态参数之一。在可逆微变化过程中,熵的变化等于系统从热源吸收的热量与热源的热力学温度之比,可用于度量热量转变为功的程度。 所属学科: 电力(一级学科) ;通论(二级学科) 定义3:系统中无序或无效能状态的度量。熵在信息系统中作为事物不确定性的表征。 所属学科: 生态学(一级学科) ;数学生态学(二级学科)
百科名片
熵(entropy)指的是体系的混乱的程度,它在控制论、概率论、数论、天体物理、生命科学等领域都有重要应用,在不同的学科中也有引申出的更为具体的定义,是各领域十分重要的参量。熵由鲁道夫·克劳修斯(Rudolf Clausius)提出,并应用在热力学中。后来在,克劳德·艾尔伍德·香农(Claude Elwood Shannon)第一次将熵的概念引入到信息论中来。
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化学及热力学中所指的熵[3],是一种测量在动力学方面不能做功的能量总数。熵亦被用于计算一个系统中的失序现象。熵是一个描述系统状态的函数,但是经常用熵的参考值和变化量进行分析比较。
熵的增减与热机
参见:热机
克劳修斯认为熵是在学习可逆及不可逆热力学转换时的一个重要元素。在往后的章节,我们会探讨达至这个结论的步骤,以及它对热力学的重要性。
热力学转换是指一个系统中热...
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化学及热力学中所指的熵[3],是一种测量在动力学方面不能做功的能量总数。熵亦被用于计算一个系统中的失序现象。熵是一个描述系统状态的函数,但是经常用熵的参考值和变化量进行分析比较。
熵的增减与热机
参见:热机
克劳修斯认为熵是在学习可逆及不可逆热力学转换时的一个重要元素。在往后的章节,我们会探讨达至这个结论的步骤,以及它对热力学的重要性。
热力学转换是指一个系统中热力学属性的转换,例如温度及体积。当一个转换被界定为可逆时,即指在转换的每一极短的步骤时,系统保持非常接近平衡的状态,称为“准静态过程”。否则,该转换即是不可逆的。例如,在一含活塞的管中的气体,其体积可以因为活塞移动而改变。可逆性体积转变是指在进行得极其慢的步骤中,气体的密度经常保持均一。不可逆性体积转变即指在快速的体积转换中,由于太快改变体积所造成的压力波,并造成不稳定状态。无耗散的准静态过程为可逆过程[5]。
热机是一种可以进行一连串转换而最终能回复开始状态的热力学系统。这一进程被称为一个循环。在某些转换当中,热力机可能会与一种被称之为高温热库的大型系统交换热能,并因为吸收或释放一定的热量而保持固定温度。一个循环所造的结果包括:
系统对外所做的功(等于外界对系统做功的相反数)
高温热库之间的热能传递
基于能量守恒定律,高温热库所失的热能正等于热力机所做的功,加上低温热库所获得的热能。
当循环中的的每个转换皆是可逆时,该循环是可逆的。这表示它可以反向操作,即热的传递可以相反方向进行,恢复到初始状态而不对外界产生影响,以及所作的功可以正负号调转。最简单的可逆性循环是在两个高温热库之间传递热能的卡诺循环。
熵的统计学定义,玻尔兹曼原理
1877年,玻尔兹曼发现单一系统中的熵跟构成热力学性质的微观状态数量相关。可以考虑情况如:一个容器内的理想气体。微观状态可以以每个组成的原子的位置及动量予以表达。为了一致性起见,我们只需考虑包含以下条件的微观状态:(i)所有粒子的位置皆在容器的体积范围内;(ii)所有原子的动能总和等于该气体的总能量值。玻尔兹曼并假设:
S = k(lnΩ)
公式中的k是玻尔兹曼常数,Ω则为该宏观状态中所包含之微观状态数量。这个被称为玻尔兹曼原理的假定是统计力学的基础。统计力学则以构成部分的统计行为来描述热力学系统。玻尔兹曼原理指出系统中的微观特性(Ω)与其热力学特性(S)的关系。
根据玻尔兹曼的定义,熵是一则关于状态的函数。并且因为Ω是一个自然数(1,2,3,...),熵必定是个正数(这是对数的性质)。
[编辑] 熵作为混乱程度的度量
我们可以看出Ω 是一个系统混乱程度的度量,这是有道理的,因为作为有规律的系统,只有有限的几种构型,而混乱的系统可以有无限多个构型。例如,设想有一组10个硬币,每一个硬币有两面,掷硬币时得到最有规律的状态是10个都是正面或10个都是反面,这两种状态都只有一种构型(排列)。反之,如果是最混乱的情况,有5个正面5个反面,排列构型可以有 = 252 种。(参见组合数学)
根据熵的统计学定义,热力学第二定律说明一个孤立系统的倾向于增加混乱程度,根据上述硬币的例子可以明白,每一分钟我们随便掷一个硬币,经过一段长时间后,我们检查一下硬币,有“可能”10个都是正面或都是反面,但是最大的可能性是正面和反面的数量接近相等。
我们发现,混乱程度倾向于增加的观念被许多人接受,但容易引起一些错误认识,最主要的是必须明白ΔS ≥ 0 只能用于“孤立”系统,值得注意的是地球并不是一个孤立系统,因为地球不断地从太阳以太阳光的形式接收能量。但能认为宇宙是一个孤立系统,宇宙的混乱程度在不断地增加,可以推测出宇宙最终将达到“热寂”状态,因为(所有恒星)都在以同样方式放散热能,能源将会枯竭,再没有任何可以作功的能源了。
[编辑] 微观计算
在经典统计力学中,微观状态的数量实际是无限的,所以经典系统性质是连续的,例如经典理想气体是定义于所有原子的位置和动量上,是根据实际数量连续计算的。所以要定义Ω,必须要引入对微观状态进行“分类”的方法,对于理想气体,我们认为如果一个原子的位置和动量分别在δx 和 δp 范围之内,它只属于“一种”状态。因为δx 和 δp 的值是任意的,熵没有一个确定值,必须如同上述增加一个常数项。这种微观状态分类方法叫做“组元配分”,相对应于量子力学选择的组元状态。
这种模糊概念被量子力学理论解决了,一个系统的量子状态可以被表述为组元状态的位置,选择作为非破缺的哈密顿函数的典型特征状态。在量子统计力学中,Ω 是作为具有同样热力学性质的基本状态的数量,组元状态的数量是可以计算的,所以我们可以确定Ω 的值。
但是组元状态的确定还是有些随意,决定于微观状态的“组元配分”和经典物理学中不同的微观状态。
这导致了能斯特定理,有时也叫热力学第三定律,就是说系统在绝对温度零度时,熵为一恒定常数,这是因为系统在绝对温度零度时存在基础状态,所以熵就是它基础状态的简并态。有许多系统,如晶格点阵就存在一个唯一的基础状态,所以它在绝对温度零度时的熵为零。(因为ln(1) = 0)。
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不可逆转的耗散现象。
比如宇宙中的能量永远从集中走向均匀,气体的扩散等。
饱和蒸汽、饱和水焓熵在线查询系统:
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