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浅谈非平衡态热力学

一.课堂知识回顾

通过对《高等工程热力学的近代发展》课程详细讲授了非平衡态热力

学的发展、基本理论极其广泛的应用，我从深刻认识到了非平衡态热力学在实际

生活当中应用的重要价值和意义。

经典热力学是以研究平衡状态和可逆过程为其基本内容的，毋庸置疑，经典

热力学在对判断可能过程记性的“终极程度”提供了详细计算和说明，然而，经典

热力学只是对热过程的可能性进行了判断，没有对过程进展机制、实施速度等具

体问题作出说明。非平衡态热力学补充了经典热力学的短板，阐述了热过程进行

的限度问题，从非平衡状态出发，研究了其极限问题。

此外，由于经典热力学的全部理论是建立在使用一些“说法”、“公论”来表达

经验定律的基础上，而不是从严格的数学公理化处理开始的，缺乏一定的理论基

础和说服力。而非平衡热力学却基于严格的数学推论所的得出的一些列结论，能

够从最基本的现象得出最基本的推论，能够从上解释出现象的本质，解决了

经典热力学无法公理化的问题。

1931年Onsager从不可逆过程的普遍特性出发，提出了著名的昂萨格倒易

关系。他认为一切不可逆过程都是在某种广义热力学力推动下产生广义热力学流

的结果。热力学流和热力学力之间可近似地用线性唯象定律来描写。从传热和扩

散、温差和电位差等总结出了Onsager理论，给出一切不可逆过程都是在某种广

义热力学力的推动下，产生广义热力学的结果。热力学流和热力学力之间可近似

地用线性唯象定律来描述。两个倒易现象是由同时产生的两个不可逆过程的相互

干扰而引起的。Onsager理论不是独立于第二定律之外，而是二律的补充。

非平衡态热力学应用的领域很广，如传热过程的熵缠率计算，等温过程的熵

产率计算、热电现象和热电偶效应以及制冷等等，其都是非平衡热力学的

具体应用。我们应该认识到，正是由于存在不平衡的，才是产生“驱动力”的

具体，才会“迫使”能量的自发流动，维持能量的运转。

二.文献理解（自然资源稀缺熵价值—非平衡态经济热力学应用研究）

查阅很多相关文献，选择此篇文献与自己研究方向想接近的文献，拓展了自

己的视野，了解到了非平衡态热力学在国民经济预算中的重要应用，提供了一种

评价自然资源的方式和理论基础，将自己的专业知识应用到实践上。“理论”要有

“用武之地”，方能显示出知识的价值和本质。

1.非平衡态经济热力学在自然资源稀缺熵价值的重要意义

我们逐渐认识到近年以来自然资源为人类的发展提供了源源不断的动

力，然而随着资源能耗速度加快，很多自然资源都无法再生，供求将在

下个世纪更加局限，很可能制约人类社会的发展，甚至是，因此通

过合理的方法找到能源折算的准确方法，做出合理的评判，对我们整个社会

的稳定意义重大。

2.非平衡态经济热力学在自然资源稀缺熵价值的依据

我们应该，只要有人类活动的存在，整个地球的资源都在处于不

听的运转当中，而能量流动是具有方向性的，只会自发的从高值能量转换为

低值能量，而人类的活动却是主动的将自然能量到有利于自身发展的道

，因为不可能存在地球能量的平衡，随着能耗的加速，这种不平衡将会

进一步加大，而且熵增的趋势。

如果假设地表作为一闭口系反应热力系统（事实上不可能，因为地球有

外界能量的不断输入，如辐射等，但不妨碍我们通过这个简化假设去定

性的研究问题），由经典闭口系平衡系统的吉布斯有：

dU=Tds−dW+μdn

资源供求子系统之间的不平衡，通过边界交换能量，通过前面的非平衡

态热力学基础知识可知，资源熵用力流之积可表示为：