大学物理下课件——熵.ppt

* 1.考试时间：2008年1月11日（18周五） 　　　　　　上午　9：00－11：00 　　　地点：学号 20060518???33人 X1226 20060619???67人 X1413 20065502???70人 X1414 　 请带学生证和身份证参加考试。 2. 答疑地点：6220＃， 　　　时间：2008年1月9、10日两天, 　　　　　　上午9：00－12：00，下午2：30－5：30 3.考试范围：带“*”内容不考 4.今天交作业No.12,请分班收齐，按照学号排列。 期末考试相关 同学们好 ? 《秋韵.1950.30》波洛克 自由的意识是混沌的，留下的痕迹是分形的； 表面的图案是复杂的，个中的韵律是和谐的； 从秩序到混乱；从粒子到场；从平衡到涨落；…… 每个人自己，才能理解波洛克。 　　－－摘自《物理与艺术》 第二十一章 熵 结构框图 玻尔兹曼熵公式 *克劳修斯熵公式 *热力学第三定律 熵增加原理 *耗散结构简介 学时： 2 热力学第一定律： 第一类永动机不可能实现 定量化 引入系统状态函数 E 热力学第二定律： 第二类永动机不可能实现 普遍的数学形式 定量化 ？ 问题的提出 从不同角度，引入系统状态函数 S 克劳修斯 玻尔兹曼 * * * * * * * * * * 尼加拉瓜曾发行一套10枚特种邮票 ——改变地球面貌的十大公式 毕达哥拉斯 勾股定理 阿基米德 杠杆原理 牛顿 万有引力 齐奥尔科夫斯基 火箭飞行原理 麦克斯韦 电磁波方程 原始人 计数规则 * 玻尔兹曼 熵公式 纳皮尔 对数 爱因斯坦 质能公式 德布罗意 物质波波长 一、玻尔兹曼熵公式 1. 定义 维也纳中央公园玻尔兹曼墓碑上没有任何墓志铭，只刻着熵的定义式 “写下这些记号的难道是一位凡人吗？” ——《浮士德》（歌德） 物理学中最重要的公式之一 公式的确立伴随19世纪下半叶，热现象本质之争 唯能论：马赫，奥斯特瓦尔德…… * 能是最基本的物理实在 * 原子分子不可观测 :不存在，是有害假设 原子论： 玻尔兹曼，克劳修斯…… * 热是分子运动 1906年遗言： “我意识到我只是一个软弱无力地与时代潮流抗争的个人，但仍在力所能及的范围内作出贡献，使得一旦气体理论复苏，不需要重新发现许多东西” 1908年：布朗运动理论 α射线探测 确立原子论 数字太大，对几个系统不具有可加性 2. 物理意义 1）熵是系统状态的单值函数 一定的宏观态——对应Ω 一定—— S 一定 为什么定义 ？ 2）熵是系统无序性大小的量度 3）熵是系统接近平衡态程度的一种量度 平衡态：差别消失，无序性最大，最概然状态 4)熵与信息关联 广泛概念 信息海洋 信息本质 对事物肯定程度的大小 起减小或消除不确定性的作用 可供选择的可能性越小——肯定程度越高 —— 信息量越大 信息熵越大，信息量越小。 信息熵 常数 可能情况数 例题 1. 13个外观相同的金币，其中一个是假的（较轻），其余均相同，用一台无砝码天平，称几次一定可辩伪? 可能情况 26 最大信息熵 每称一次可能情况 3 每称一次最大信息熵 需称次数 解： 例题 2. 遗传密码问题 核酸：遗传信息的携带者和传递者 用4个字符排列的遗传语言 脱氧核糖核酸 DNA 核糖核酸 RNA 两股糖-磷酸骨架盘绕，由氢键结合的碱基对搭在中间。 DNA分子的双螺旋结构 大部分为右旋的。 用4种碱基编码20种氨基酸，每个密码的最少字符数？ 可能情况（氨基酸数） 20 最大信息熵 字符数（碱基数） 4 最大信息熵 64个密码子 （注意：终止符、简并和通用性） 信息余量：有利于纠错。 1. 用熵 S 表述热力学第二定律 二、熵增加原理 孤立系统中自然发生的热力学过程总是向着熵增大的方向进行。 条件 孤立系统（绝热、无外界影响，Q = 0 A = 0） 自然发生 —— 不可逆 结论 2. 意义 1）是统计规律 ： 熵减小的过程不是绝对不可能发生，而是在大量粒子组成的群体中出现的概率太小，以至不出现。 2）是普遍规律： 任何事物如果任其发展，其混乱程度一定有增无减 （交通、宿舍卫生、教室纪律、社会治安……) 3） 熵增与能量退化 、贬值对应 实际热力学过程都是不可逆的 有序运动能量 无序运动能量 品质高，做功、转换能力强，可利