由熱力學(xué)理論分析土壤系統(tǒng)的熵畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-08-23 06:18 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 根據(jù)克勞休斯數(shù)學(xué)表達式可知, 如果兩平衡態(tài)間的過程是可逆的, 熵變可用 ()求得( S1 和S2 分別表示系統(tǒng)在1 態(tài)和2 態(tài)的熵) . 可逆過程熵變可通過n 摩爾理想氣體從初態(tài)1變化到末態(tài)2 ( 1) 等溫過程 ()( 2) 等壓過程 ()( 3) 等容過程 ()( 4) 絕熱過程 ()若系統(tǒng)經(jīng)歷一個可逆循環(huán)過程, 則由定義式得 （）即熵變?yōu)榱?實踐證明, 在土壤— 植物— 環(huán)境這個大的體系中, 存在著能量及其轉(zhuǎn)換的關(guān)系,80年代中期,陳清碩提出以土壤系統(tǒng)熵來表征土壤肥力, 反映了土壤、植物與環(huán)境的結(jié)構(gòu)狀態(tài)以及能量輸入輸出的程度, 使傳統(tǒng)的土壤農(nóng)化和植物營養(yǎng)研究結(jié)果由特殊性上升到了普遍性, 為認(rèn)識評價土壤的肥力水平、植物品種的適種性、肥料施用的廣延性等方面提供了另一概念的理論依據(jù), 使以往孤立的試驗結(jié)果有了一個統(tǒng)一的比較分析標(biāo)準(zhǔn)。 求解熵變應(yīng)注意的兩個問題( 1) 判別熱力學(xué)過程是否可逆是解決問題的關(guān)鍵. 若為可逆過程, 直接用上面給出的公式求解。 若為不可逆過程, 必須明確不可逆過程中不變的狀態(tài)參量, 然后設(shè)計一個該狀態(tài)參量恒定的可逆過程求解熵變.( 2) 若要完整地求解熵變問題, 必須熟練掌握各可逆過程中的過程方程、邁耶公式、比熱容等常用表達式.五 土壤系統(tǒng)熵根據(jù)耗散結(jié)構(gòu)理論提出表征土壤肥力的土壤系統(tǒng)熵的概念, 其定義是土壤系統(tǒng)中單位物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中的勢能耗損。對應(yīng)Schrodinger的負熵理論, 土壤系統(tǒng)熵越低, 土壤肥力越高。土壤系統(tǒng)熵可分為兩部分, 一是表征土壤基礎(chǔ)肥力的,命名為起始熵。另一是表征土壤人工肥力的, 指因化學(xué)氮素投入所引起系統(tǒng)狀態(tài)的變化, 稱為熵變,土壤系統(tǒng)熵是兩部分之和，是土壤生產(chǎn)力和系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率的綜合指標(biāo)。土壤系統(tǒng)熵值有穩(wěn)定性, 可作為土壤分類的依據(jù)。因為熵值計算排除了空間條件和不同作物種類與其它偶然因素評價土壤肥力的影響, 因而可供比較應(yīng)用。土壤系統(tǒng)熵既反映了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)狀態(tài), 也反映了輸入能量的可用程度, 因此是土壤作為一個耗散結(jié)構(gòu)的基本性質(zhì)指標(biāo), 從而實現(xiàn)了土壤肥力評價中的生態(tài)效率和經(jīng)濟效益的結(jié)合, 并且為系統(tǒng)論土壤學(xué)的研究對象提供了認(rèn)識的基礎(chǔ)。土壤系統(tǒng)熵和土壤信息量有同等意義，是對土壤系統(tǒng)進行最優(yōu)化反饋控制的依據(jù)。土壤系統(tǒng)內(nèi)部各個要素間相互作用、相互制約，組成了一個非線性層次網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。土壤系統(tǒng)的運行的績效和持續(xù)發(fā)展是系統(tǒng)自組織作用和系統(tǒng)與環(huán)境的相互作用共同決定的。復(fù)雜自組織系統(tǒng)的熵變理論研究是目前國內(nèi)外關(guān)于系統(tǒng)效能評價的較前沿的研究，其動態(tài)地反映了系統(tǒng)的演化過程及發(fā)展趨勢，其中熵增理論揭示了封閉系統(tǒng)內(nèi)部各要素相互作用而導(dǎo)致系統(tǒng)的無序及效率遞減的規(guī)律，耗散理論則揭示了開放系統(tǒng)在與外部環(huán)境進行能量、物質(zhì)交換過程中，由混亂無序的初始狀態(tài)向穩(wěn)定有序的組織結(jié)構(gòu)進行演化的過程及系統(tǒng)效率遞增的規(guī)律。耗散理論是由比利時物理學(xué)家普利高津提出的。普利高津認(rèn)為孤立封閉的系統(tǒng)是一個熵增加的過程，在一個孤立封閉系統(tǒng)中，由于組織自身的復(fù)雜性和環(huán)境的復(fù)雜性，使其演化充滿不確定性和混沌，從而導(dǎo)致有效能量遞減，無效能量遞增，系統(tǒng)從有序向無序發(fā)展，從而使系統(tǒng)效能不斷降低。系統(tǒng)熵增使封閉的系統(tǒng)績效逐步降低并最終走向衰亡。耗散結(jié)構(gòu)是指一個遠離平衡狀態(tài)的開放系統(tǒng)，它與外界環(huán)境不斷地交換物質(zhì)和能量，當(dāng)這一外界條件達到閾值時，系統(tǒng)能從原有的混亂無序狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N在時間、空間或功能上的有序狀態(tài)，這種在遠離平衡態(tài)所形成的新的有序結(jié)構(gòu)稱作耗散結(jié)構(gòu)。耗散結(jié)構(gòu)是一個負熵不斷增加的過程，是系統(tǒng)不斷從周圍環(huán)境引入能量、物質(zhì)以抵消系統(tǒng)內(nèi)部熵增的過程。一個系統(tǒng)從無序到有序形成耗散結(jié)構(gòu)需滿足以下幾個條件：系統(tǒng)必須開放；遠離平衡態(tài)；系統(tǒng)各要素間非線性相互作用；漲落現(xiàn)象。熵概念在土壤學(xué)中的應(yīng)用, 就是要解決能源物質(zhì)提供的能量在土壤系統(tǒng)中能轉(zhuǎn)換成多少功的問題。有機物質(zhì)是土壤中最主要的能源物質(zhì), 有機質(zhì)在土壤系統(tǒng)中的分解和合成, 就是一種能量的流動。形成的能流好比一條河流, 假設(shè)這條河流的單位質(zhì)量水體順坡往下流去,其位能就會不斷釋放出來并轉(zhuǎn)化為動能。部分因摩擦以熱能形式無效耗散掉, 由此獲得的動能, 是河流用以切割自身河道形成流網(wǎng)的主要動力。熱力學(xué)系統(tǒng)中的絕對溫度, 正好與河流系統(tǒng)中的高度（決定落差） 相當(dāng), 系統(tǒng)中的熱能則和河流系統(tǒng)中的位能相當(dāng), 采用這樣的類比法, 就可以獲得河流系統(tǒng)熵（）的定義) （）式中是河流熵, 是單位質(zhì)量水體的位能,H為河流起點和終點的落差?；谕瑯拥睦碛? 我們也可想象土壤系統(tǒng)中藉能源物質(zhì)分解在單位面積上形成的養(yǎng)料物質(zhì)(或人工投入的物質(zhì)) 造成了濃度勢差, 就是相當(dāng)于河流系統(tǒng)中的落差。物質(zhì)在轉(zhuǎn)化過程中伴隨能量流動, ，其中一部分做為輻射能的載體被作物吸收利用, 另一部分因“ 摩擦” 而不能被利用, 被作物利用部的能量就相當(dāng)熱力學(xué)系統(tǒng)中的自由能。不能被利用的部 分就相當(dāng)系統(tǒng)中的束縛能。因此，我們可以得到土壤系統(tǒng)熵的定義為 （）式中表示土壤系統(tǒng)熵，為單
醫(yī)療健康相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1