七十一、熵

最高定律

在等勢面上，熵增原理反映了非熱能與熱能之間的轉(zhuǎn)換具有方向性，即非熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苄士梢?00%,而熱能轉(zhuǎn)變成非熱能時(shí)效率則小于100%(轉(zhuǎn)換效率與溫差成正比),這種規(guī)律制約著自然界能源的演變方向，對(duì)人類生產(chǎn)、生活影響巨大；在重力場中，熱流方向由體系的勢焓(勢能+焓)差決定，即熱量自動(dòng)地從高勢焓區(qū)傳導(dǎo)至低勢焓區(qū)，當(dāng)出現(xiàn)高勢焓區(qū)低溫和低勢焓區(qū)高溫時(shí)，熱量自動(dòng)地從低溫區(qū)傳導(dǎo)至高溫區(qū)，且不需付出其它代價(jià)，即絕對(duì)熵減過程。顯然熵所描述的能量轉(zhuǎn)化規(guī)律比能量守恒定律更重要，通俗地講：熵定律是"老板"，決定著企業(yè)的發(fā)展方向，而能量守恒定律是"出納",負(fù)責(zé)收支平衡，所以說熵定律是自然界的最高定律。

分熵的特點(diǎn)

熵概念源于卡諾熱機(jī)循環(huán)效率的研究，是以熱溫商的形式而問世的，當(dāng)計(jì)算某體系發(fā)生狀態(tài)變化所引起的熵變總離不開兩點(diǎn)，一是可逆過程；二是熱量的得失，故總熵概念擺脫不了熱溫商這個(gè)原始外衣。當(dāng)用狀態(tài)數(shù)來認(rèn)識(shí)熵的本質(zhì)時(shí)，我們通過研究發(fā)現(xiàn)，理想氣體體系的總微觀狀態(tài)數(shù)受宏觀的體積、溫度參數(shù)的控制，進(jìn)而得到體系的總熵等于體積熵與溫度熵之和(見有關(guān)文章)，用分熵概念考察體系的熵變化，不必設(shè)計(jì)什么可逆路徑，概念直觀、計(jì)算方便(已被部分專家認(rèn)可),因而有利于教和學(xué)。

熵流

熵流是普里戈津在研究熱力學(xué)開放系統(tǒng)時(shí)首次提出的概念(普里戈津是比利時(shí)科學(xué)家，因?qū)崃W(xué)理論有所發(fā)展，獲得1977年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng))，普氏的熵流概念是指系統(tǒng)與外界交換的物質(zhì)流及能量流。我們認(rèn)為這個(gè)定義不太精辟，這應(yīng)從熵的本質(zhì)來認(rèn)識(shí)它，不錯(cuò)物質(zhì)流一定是熵的載體，而能量流則不一定，能量可分熱能和非熱能[如電能、機(jī)械能、光能(不是熱輻射)]，當(dāng)某絕熱系統(tǒng)與外界交換非熱能(發(fā)生可逆變化)時(shí)，如通電導(dǎo)線(超導(dǎo)材料)經(jīng)過絕熱系統(tǒng)內(nèi)，對(duì)體系內(nèi)熵沒有影響，準(zhǔn)確地說能量流中只有熱能流(含熱輻射)能引人熵流(對(duì)非絕熱系統(tǒng))。對(duì)于實(shí)際情形，非熱能作用于系統(tǒng)發(fā)生的多是不可逆過程，會(huì)有熱效應(yīng)產(chǎn)生，這時(shí)系統(tǒng)出現(xiàn)熵增加，這只能叫(有原因的)熵產(chǎn)生，而不能叫熵流的流入，因能量流不等于熵流，所以不論什么形式的非熱能流都不能叫熵流，更不能籠統(tǒng)地把能量流稱為熵流。