講授物理化學(xué)中熱力學(xué)第二定律的探討(編輯修改稿)
2024-10-10 19:04 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 有熱傳導(dǎo)存在，當液體上下溫度差達到一定值后，突然出現(xiàn) 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(qū)動下表現(xiàn)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(xiàn)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(xué)振蕩中反應(yīng)物濃度和體系的溫度）超過一定的臨界值時，體系中出現(xiàn)宏觀上有序的結(jié)構(gòu)。應(yīng)注意的是：宏觀有序的產(chǎn)生根源不在于外部而在于體系內(nèi)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(nèi)部自發(fā)形成的。 （ 2） .耗散結(jié)構(gòu)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(xiàn)象呢？開放體系、遠離平衡態(tài)是形成耗散結(jié)構(gòu)所需的外部條件，體系內(nèi)部具有非線性的正反饋機制是形成耗散結(jié)構(gòu)的內(nèi)部條件。所謂正反饋是一種自我復(fù)制，自我放大的機制。激光中的受激輻射，化學(xué)反應(yīng)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(nèi)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(gòu)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(jié)構(gòu)。因此，漲落觸發(fā)失穩(wěn)現(xiàn)象。耗 散結(jié)構(gòu)三個互相關(guān)聯(lián)的方面：化學(xué)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(jié)構(gòu)和功能中起中間作用，觸發(fā)不穩(wěn)定的漲落。這三者的關(guān)系可用下圖表示： 結(jié)構(gòu) 功能 ╲ ╱ 漲落 為了判別耗散結(jié)構(gòu)在什么條件下出現(xiàn)，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(xiàn)代穩(wěn)定化理論，通過對“超熵產(chǎn)生”的討論，而得出耗散結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的結(jié)論。 超熵產(chǎn)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(tǒng)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(tǒng)不穩(wěn)定 可以使系統(tǒng)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(jié)構(gòu) — 耗散結(jié)構(gòu)。所以，非平衡是有序之源 ！ 三、 熵 在信息學(xué)中的應(yīng)用 傳輸信息時若接收者事先就完全知道所傳的內(nèi)容，他便沒有得到什么信息。反之，若傳輸?shù)膬?nèi)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(shù)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(xiàn)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(diào)遞減函數(shù)。 現(xiàn)代信息論創(chuàng)始人 (申農(nóng) )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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