熵产生和熵流-演示文稿very-good.ppt

熵产生和熵流? entropy flux and entropy production ?entropy flux and entropy production 非平衡态热力学中的重要物理量。 任意系统中局部微小体积内的熵改变由两部分组成：dS=deS+diS，deS称为熵流（entropy flux），它是由于系统与周围环境间的物质流和能量流而引起的熵变,其值可正可负。对于隔离系统,deS=0；对于封闭系统,δQ为自环境吸收的微量热。 diS称为熵产生，是由于系统内部的不可逆因素引起的熵变，其值永不减小，即diS≥0，等号适用于平衡态。因此，可以写为。这就是克劳修斯不等式。 对隔离系统，dS≥0，这就是熵增加原理。 当-deS=diS时，dS=0，此时非平衡系统可处于一种特殊的定态。 生活应用中的简单了解 对天气和气候的影响 对台风麦莎(2005)的熵流特征初步分析 如何理解生物体的负熵流 生物中的负熵流 熵概念的引入…… 熵增原理举例 对天气和气候的影响 对流层大气是形成天气和气候变化的主体,对流层大气熵的变化——即负熵流和熵产生及其各分项的变化以及总熵的变化制约着天气和气候的变化，我们可以通过研究对流层大气熵的变化来研究全球天气和气候变化问题。 小常识：大气层分为三层，最靠近地球的大气层叫对流层，30km以下，我们看到的各种天气现象都在这儿产生，比如刮风、下雨、打雷、闪电等。第二层叫平流层（30-50km) ,那儿天气晴朗，空气稀薄，在(30-35)km以下，温度随高度变化较小，气温趋于稳定，在（30-35）km以上，温度随高度升高而升高。曾平流层顶到80km高度称为中间层，这一层空气更为稀薄，温度随高度升高而降低。第四层称为热层，第五层称为逃逸层。 对台风麦莎(2005)的熵流特征初步分析 (1)从对流层的低层到对流层的高层,台风中心附近的熵流分布会逐渐由负熵流占优势互补趋向于以正熵流为主; (2)对流层中层500hPa的负熵流分布显示出,随着台风的强度加强(减弱),台风中心附近的负熵流强度也会随之加强(减弱); (3)台风中心附近的负熵流分布和强度特征对于台风强度和未来移动路径有一定的指示意义。 如何理解生物体的负熵流  生物体从环境吸收食物，通过消化吸收，把食物变成了熵更高的垃圾。也就是说，食物经历了一个熵增加的过程。为了简化和直观，把这个消化吸收过程看做一个可逆过程，食物和生物体构成的整个系统是孤立系统，熵不变，既然食物的熵增加了，生物体本身的熵就是减少的。消化吸收当然不完全是可逆过程，结果是，生物体的熵减没那么多。可见，消化吸收的过程是生物体从食物吸收“负熵”的过程。这是环境向生物体的“负熵”流。 生物体还可以通过其他方式向外排泄正熵，比如汗液，尿液，呼吸等等。这也是环境向生物体的“负熵”流。 生物中的负熵流 生物中熵的减少是以环境熵的增加为代价的，故把这种熵的减少称为生物中的负熵流，或称生物中的负熵。 生物体的富集效应也是生物中负熵流的典型例子。如海带能富集海水中的碘原子 熵概念的引入…… “熵”概念的引入，使很多日常生活中的 题都有了全新的理解和解释。 (1)人为什么要睡觉呢？ (2)人为什么要吃饭？（上面说过） (3)人为什么会死呢？ 熵增原理举例 一间房子，如果你很久不管它，那房子就会布满灰尘 盐放到水里会溶解 * * * * 如海带能富集海水中的碘原子，若设想一个模型，海水中的碘原子是在海水背景中的理想气体分子，则海带富集碘相当于把碘“气体”进行等温“压缩”。显然在这样的过程中碘原子系统的熵是减少的（也就是说碘从无序向有序转化），这时海带至少必须向外释放TΔS的热量。注意到理想气体等温压缩中外界要对系统作功，但在海带富集碘的过程中外界并未作功，而是利用了一定的信息量（即造成信息的欠缺），从而使海带的熵减少。从海带富集碘这一例子可清楚地看到，生命体是吸取了环境的负熵而达到自身熵的减少的。在这里“吸取环境的负熵”可理解为是向外界放热或采用其他的形式。 再以人类为例，人可数天不吃不喝，但不能停止心脏跳动或停止呼吸。为了维持心肌和呼吸肌的正常作功，要供给一定的能量，这些能量耗散变为热量。而人体生存的必要条件是维持正常的体温，所以要向外释放热量（也即从环境吸取负熵）。人虽然能数天不吃不喝，但不能数天包在一个绝热套子内，既不向外散发热量，也不与外界交换物质（如呼吸）。这说明了，生命是一个开放的系统，它的存在是靠与外界交换物质和能量流来维持的，如果切断了它与外界联系的纽带，则无异于切断了它的生命线。从外界吸取负熵就是一条十分重要的纽带。 1.人为什么要睡觉呢？这是因为人吸收低熵 物质排出高熵物质的过程与人的日常活动过程不完 全平衡有关，人必须留出大段时间等候人体完成这 个过程。白天