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講授物理化學中熱力學第二定律的探討(編輯修改稿)

2024-10-10 19:04 本頁面
 

【文章內容簡介】 有熱傳導存在,當液體上下溫度差達到一定值后,突然出現 許多規(guī)則的六角形對流元胞 .此時熱量通過宏觀的對流而傳遞 ,這是大量的分子在溫度梯度的驅動下表現出宏觀上的一致運動,是在一定條件下體系遠離平衡而“自己組織起來”的過程。在“自由組織現象”中,當某些控制量(例如 Benard 對流中液體的溫度差,激光器中輸入能量的功率,化學振蕩中反應物濃度和體系的溫度)超過一定的臨界值時,體系中出現宏觀上有序的結構。應注意的是:宏觀有序的產生根源不在于外部而在于體系內部 ,外部的特定環(huán)境只是提供了觸發(fā)體系宏觀有序的條件,整齊的組織是體系內部自發(fā)形成的。 ( 2) .耗散結構的形成條 件 在什么條件下體系遠離平衡會失穩(wěn),會發(fā)生“自由組織”現象呢?開放體系、遠離平衡態(tài)是形成耗散結構所需的外部條件,體系內部具有非線性的正反饋機制是形成耗散結構的內部條件。所謂正反饋是一種自我復制,自我放大的機制。激光中的受激輻射,化學反應中的自催化,生物體系的繁殖都是反饋。當體系遠離平衡態(tài),體系內部有正反饋機制時,偏離平均值的微小漲落被正反饋機制不斷放大,變成“巨漲落”,體系的原狀態(tài)就失穩(wěn)。在非線性相互作用下,使構成體系的各部分間相互制約,相互耦合,相互作用形成時空有序的耗散結構。因此,漲落觸發(fā)失穩(wěn)現象。耗 散結構三個互相關聯的方面:化學方程所顯示的功能(或生物活性),由不穩(wěn)定性獲得的時間在結構和功能中起中間作用,觸發(fā)不穩(wěn)定的漲落。這三者的關系可用下圖表示: 結構 功能 ╲ ╱ 漲落 為了判別耗散結構在什么條件下出現,普利高津他們在建起體系的擴散方程后,利用了李雅甫諾夫等人建立的現代穩(wěn)定化理論,通過對“超熵產生”的討論,而得出耗散結構出現的結論。 超熵產生: SS0=21 δ 2S S0為某一狀態(tài)(參考態(tài),穩(wěn)定態(tài)) 當 21 δ 2S≤ 0時,若 dt SdPx ???????221 ?? 0 系統穩(wěn)定(不會失穩(wěn)) 4 若 dt SdPx ???????221 ?? =0 臨界狀態(tài) 若 dt SdPx ???????221 ?? 0 系統不穩(wěn)定 可以使系統失穩(wěn) ,并過渡到與原來完全不同的新穩(wěn)定態(tài) ,這種建立在不穩(wěn)定之上的新的有序的穩(wěn)定結構 — 耗散結構。所以,非平衡是有序之源 ! 三、 熵 在信息學中的應用 傳輸信息時若接收者事先就完全知道所傳的內容,他便沒有得到什么信息。反之,若傳輸的內容使他感到意外,他便得到了很多信息。接收者所得到的信息量,在數量上就等于通信前后“不確定性”的消除量(減少量)。若將事件看作是隨機變量,則事件出現概率越大,它的不確定程度就越?。环粗痛?。因此,信息量是概率的單調遞減函數。 現代信息論創(chuàng)始人 (申農 )從概率出發(fā),通過論證指出:在一個體系中某事件 i 發(fā)生的幾率為 PI,則該體系中
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