知識點(diǎn)熱力學(xué)與料熱力學(xué)部分

知識點(diǎn)熱力學(xué)與料熱力學(xué)部分作者:日期:

熱力學(xué)與材料熱力學(xué)部分熱力學(xué)：用能量轉(zhuǎn)化和守恒的觀點(diǎn)來研究物質(zhì)熱運(yùn)動的客觀規(guī)律；以實(shí)驗(yàn)事實(shí)為基礎(chǔ)，總結(jié)研究系統(tǒng)狀態(tài)變化過程中的功能轉(zhuǎn)化和熱力學(xué)過程的方向性問題。熱力學(xué)研究能(energy)和能的轉(zhuǎn)變(transformations)規(guī)律材料研究的每個(gè)過程離不開熱力學(xué)1、 材料服役性能2、 材料制備3、 材料微觀組織材料熱力學(xué)是熱力學(xué)基本原理在材料設(shè)計(jì)、制備與使用過程中的應(yīng)用。材料熱力學(xué)是材料科學(xué)的重要基礎(chǔ)之一。材料學(xué)的核心問題是求得材料成分一組織結(jié)構(gòu)一各種性能之間的關(guān)系。問題的前半部分，即材料成分一組織結(jié)構(gòu)的關(guān)系要服從一個(gè)基本的科學(xué)規(guī)則，這個(gè)基本規(guī)則就是材料熱力學(xué)。在材料的研究逐漸由“嘗試法”走向“定量設(shè)計(jì)”的今天，材料熱力學(xué)的學(xué)習(xí)尤其顯得重要。材料熱力學(xué)是經(jīng)典熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)理論在材料研究方面的應(yīng)用，其目的在與揭示材料中的相和組織的形成規(guī)律。固態(tài)材料中的熔化與凝固以及各類固態(tài)相變、相平衡關(guān)系和相平衡成分的確定、結(jié)構(gòu)上的物理和化學(xué)有序性以及各類晶體缺陷的形成條件等是其主要研究對象?，F(xiàn)代材料科學(xué)發(fā)展的主要特征之一是對材料的微觀層次認(rèn)識不斷進(jìn)步。利用場離子顯微鏡和高分辨電子顯微鏡把這一認(rèn)識推進(jìn)到了納米和小于納米的層次,已經(jīng)可以直接觀察到從位錯形態(tài)直至原子實(shí)際排列的微觀形態(tài)。這些成就可能給人們造成一種誤解，以為只有在微觀尺度上對材料的直接分析才是深刻把握材料組織結(jié)構(gòu)形成規(guī)律的最主要內(nèi)容和最主要途徑；以為對那些熵、焓、自有能、活度等抽象概念不再需要更多的加以注意。其實(shí)不然，不僅熱力學(xué)的主要長處在于它的抽象性和演繹性，而且現(xiàn)代材料科學(xué)的每一次進(jìn)步和發(fā)展都一直受到經(jīng)典熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)的支撐和幫助。材料熱力學(xué)的形成和發(fā)展正是材料科學(xué)走向成熟的標(biāo)志之一。工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步在拉動材料熱力學(xué)的發(fā)展，而材料熱力學(xué)的發(fā)展又在為下一個(gè)技術(shù)進(jìn)步準(zhǔn)備基礎(chǔ)和條件。材料熱力學(xué)是熱力學(xué)理論在材料研究、材料生產(chǎn)活動中的應(yīng)用。因此這是一門與實(shí)踐關(guān)系十分密切的科學(xué)。學(xué)習(xí)這門課程，不能滿足于理解書中的內(nèi)容，而應(yīng)當(dāng)多進(jìn)行一些對實(shí)際材料問題的分析與計(jì)算，開始可以是一些簡單的、甚至是別人已經(jīng)解決的問題，然后由易漸難，循序漸進(jìn)。通過不斷的實(shí)際分析與計(jì)算，增進(jìn)對熱力學(xué)理論的理解，加深對熱力學(xué)的興趣，進(jìn)而有自己的心得和成績。熱力學(xué)最基本概念:1、焓變enthalpy

焓，熱函：一個(gè)系統(tǒng)中的熱力作用，等于該系統(tǒng)內(nèi)能加上其體積與外界作用于該系統(tǒng)的壓力的乘積的總和焓是物體的一個(gè)熱力學(xué)能狀態(tài)函數(shù)，焓變即物體焓的變化量。?焓和焓變焓是一個(gè)狀態(tài)函數(shù)，也就是說，系統(tǒng)的狀態(tài)一定，焓的值就定了。焓的定義式是這樣的：H=U+pV其中U表示熱力學(xué)能,也稱為內(nèi)能(InternalEnergy),即系統(tǒng)內(nèi)部的所有能量p是系統(tǒng)的壓力(Pressure)，V是系統(tǒng)的體積(Volume)作為一個(gè)描述系統(tǒng)狀態(tài)的狀態(tài)函數(shù)，焓沒有明確的物理意義AH(焓變)表示的是系統(tǒng)發(fā)生一個(gè)過程的焓的增量AH=AU+A(pV)在恒壓條件下，AH(焓變)可以表示過程的熱力學(xué)能變?相關(guān)知識在介紹焓之前需要了解一下分子熱運(yùn)動、熱力學(xué)能和熱力學(xué)第一定律:1827年，英國植物學(xué)家布朗把非常細(xì)小的花粉放在水面上并用顯微鏡觀察，發(fā)現(xiàn)花粉在水面上不停地運(yùn)動且運(yùn)動軌跡極不規(guī)則。起初人們以為是外界影響，如振動或液體對流等后經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明這種運(yùn)動的的原因不在外界而在液體內(nèi)部。原來花粉在水面運(yùn)動是受到各個(gè)方向水分子的撞擊引起的。于是這種運(yùn)動叫做布朗運(yùn)動，布朗運(yùn)動表明液體分子在不停地做無規(guī)則運(yùn)動。從實(shí)驗(yàn)中可以觀察到，布朗運(yùn)動隨著溫度的升高而愈加劇烈。這表示分子的無規(guī)則運(yùn)動跟溫度有關(guān)系，

溫度越高，分子的無規(guī)則運(yùn)動就越激烈。正因?yàn)榉肿拥臒o規(guī)則運(yùn)動與溫度有關(guān)系，所以通常把分子的這種運(yùn)動叫做分子的熱運(yùn)動。在熱學(xué)中，分子、原子、離子和原子團(tuán)做熱運(yùn)動時(shí)遵從相同的規(guī)律，所以統(tǒng)稱為分子。既然組成物體的分子不停地做無規(guī)則運(yùn)動，那么，象一切運(yùn)動著的物體一樣，做熱運(yùn)動的分子也具有動能。個(gè)別分子的運(yùn)動現(xiàn)象（速度大小和方向）是偶然的，但從大量分子整體來看，在一定條件下，它們遵循著一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，與熱運(yùn)動有關(guān)的宏觀量——溫度，就是大量分子熱運(yùn)動的統(tǒng)計(jì)平均值。分子動能與溫度有關(guān)，溫度越高，分子的平均動能就越大，反之越小。所以從分子動理論的角度看，溫度是物體分子熱運(yùn)動的平均動能的標(biāo)志（即微觀含義，宏觀：表示物體的冷熱程度）。分子間存在相互作用力，即化學(xué)上所說的分子間作用力（范德華力）分子間作用力是分子引力與分子斥力的合力，存在一距離r0使引力等于斥力，在這個(gè)位置上分子間作用力為零。分子引力與分子斥力都隨分子間距減小而增大，旦是斥力的變化幅度相對較大，所以分子間足距大于r0時(shí)表現(xiàn)為引力，小于r0時(shí)表現(xiàn)為斥力。因?yàn)榉肿娱g存在相互作用力，所以分子間具有由它們相對位置決定的勢能,叫做分子勢能。分子勢能與彈簧彈性勢能的變化相似。物體的體積發(fā)生變化時(shí)，分子間距也發(fā)生變化，所以分子勢能同物體的體積有關(guān)系。物體中所有分子做熱運(yùn)動的動能和分子勢能的總和叫做物體的熱力學(xué)能也叫做內(nèi)能。熱力學(xué)能與動能、勢能一樣，是物體的一個(gè)狀態(tài)量。改變物體內(nèi)能的方式有兩個(gè)：做功和熱傳遞—個(gè)物體，如果它跟外界不發(fā)生熱交換,也就是它既沒有吸收熱量也沒有放

出熱量，則外界對其做功等于其熱力學(xué)能的增量：AU]=w如果物體對外界做功,則w為負(fù)值,熱力學(xué)能增加量AU1也為負(fù)值,表示熱力學(xué)能減少。如果外界既沒有對物體做功，物體也沒有對外界做功，那么物體吸收的熱量等于其熱力學(xué)能的增量：AU2=Q如果物體放熱，則Q為負(fù)值，熱力學(xué)能增加量AU2也為負(fù)值，表示熱力學(xué)能減少。—般情況下，如果物體跟外界同時(shí)發(fā)生做功和熱傳遞的過程，那么物體熱力學(xué)能的增量等于外界對物體做功加上物體從外界吸收的熱量，即：AU=AU]+AU2=Q+W因?yàn)闊崃W(xué)能U是狀態(tài)量，所以：AU=AU末態(tài)-AU初態(tài)=Q+W上式即熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式。化學(xué)反應(yīng)都是在一定條件下進(jìn)行的，其中以恒容與恒壓最為普遍和重要。在密閉容器內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)就是恒容過程。因?yàn)橄到y(tǒng)體積不變，而且只做體積功（即通過改變物彳本體積來對物體做功，使物體內(nèi)能改變，如在針管中放置火柴頭，堵住針頭并壓縮活塞，火柴頭會燃燒）,所以w=0，代入熱一定律表達(dá)式得:AU=Q它表明恒容過程的熱等于系統(tǒng)熱力學(xué)能的變化，也就是說，只要確定了過程恒容和只做體積功的特點(diǎn),Q就只決定于系統(tǒng)的初末狀態(tài)。在敞口容器中進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)就是恒壓過程。所謂橫壓是制系統(tǒng)的壓強(qiáng)p等于環(huán)境壓強(qiáng)p外，并保持恒定不變，即p=p外=常數(shù)。由于過程恒壓和只做體

積功，所以：/W=W體積=-p外皆片吋樸丿其中W為夕卜界對系統(tǒng)做的功,所以系統(tǒng)對外做功為負(fù)。壓強(qiáng)乘以體積的改變量是系統(tǒng)對外做的功,可以按照P=F/S,V=Sh,.?.Fh=pV來理解。將其代入熱一定律表達(dá)式得：Q=AU-W=U2-Ui+（P2V2-PiVi）=（U2+P2V2）-（Ui+PiVi）因?yàn)閁+PV是狀態(tài)函數(shù)（即狀態(tài)量）的組合（即一個(gè)狀態(tài)只有一個(gè)熱力學(xué)能U，外界壓強(qiáng)P和體積V），所以將它定義為一個(gè)新的狀態(tài)函數(shù)——焓，并用符號H表示，所以上式可變?yōu)椋篞=H2-H]=ah它表明恒壓過程中的熱等于系統(tǒng)焓的變化，也就是說，只要確定了過程恒壓和只做體積功的特點(diǎn)，q就只決定于系統(tǒng)的初末狀態(tài)。焓的物理意義可以理解為恒壓和只做體積功的特殊條件下，Q=AH，即反應(yīng)的熱量變化。因?yàn)橹挥性诖藯l件下，焓才表現(xiàn)出它的特性。例如恒壓下對物質(zhì)加熱，則物質(zhì)吸熱后溫度升高，AH>0，所以物質(zhì)在高溫時(shí)的焓大于它在低溫時(shí)的焓。又如對于恒壓下的放熱化學(xué)反應(yīng)，AH<0，所以生成物的焓小于反應(yīng)物的焓。在化學(xué)反應(yīng)中，因?yàn)镠是狀態(tài)函數(shù)，所以只有當(dāng)產(chǎn)物和反應(yīng)物的狀態(tài)確定后，AH才有定值。為把物質(zhì)的熱性質(zhì)數(shù)據(jù)匯集起來，以便人們查用，所以很有必要對物質(zhì)的狀態(tài)有一個(gè)統(tǒng)一的規(guī)定，只有這樣才不致引起混亂。基于這種需要，科學(xué)家們提出了熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的概念。熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)也稱熱化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，具體規(guī)定為：氣體一在Pe（lOlkPa，上標(biāo)0指標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）壓力下處于理想氣體（我們周圍的氣體可以近似看作理想氣體）狀態(tài)的氣態(tài)純物質(zhì)。

液體和固體一在pe壓力下的液態(tài)和固態(tài)純物質(zhì)。對于一個(gè)任意的化學(xué)反應(yīng)：eE+fF gG+rR其中e、f、g、r為化學(xué)計(jì)量系數(shù)。若各物質(zhì)的溫度相同，且均處于熱化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，則gmolG和rmolR的焓與emolE和fmolF的焓之差，即為該反應(yīng)在該溫度下的標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓或標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)熱符號為ArH（T），其中下標(biāo)“r”指反應(yīng)，“T”指反應(yīng)時(shí)的熱力學(xué)溫度，“m”指釣lmol，ArH的單位為kJ?mol-l。g讀作“可賽”，為反應(yīng)進(jìn)度，對于反應(yīng)eE+fF gG+rR，可以寫成：O=gG+rR-eE-fF=》vBBB式中，B代表反應(yīng)物或產(chǎn)物，vB為相應(yīng)的化學(xué)計(jì)量系數(shù)，對反應(yīng)物取負(fù)值，對產(chǎn)物取正值。根據(jù)相關(guān)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，對于化學(xué)反應(yīng)0=ZvBB，若任一物質(zhì)B物質(zhì)的量，初始狀態(tài)時(shí)為nB0，某一程度時(shí)為nB，則反應(yīng)進(jìn)度g的定義為：Bg=（nB-nBO）/vB=AnB/vB由此可以概括出如下幾點(diǎn)：對于指定的化學(xué)計(jì)量方程式，vB為定值，g隨B物質(zhì)的量的變化而變化，所以可用g度量反應(yīng)進(jìn)行的深度。由于vB的量綱為1，AnB的單位為mol，所以g的單位也為mol。對于反應(yīng)eE+fF gG+rR，可以寫出：g=AnE/vE=AnF/vF=AnG/vG=AnR/vR對于指定的化學(xué)計(jì)量方程式，當(dāng)AnB的數(shù)值等于vB時(shí)，則g=lmol。焓（H）及焓變CH）與等壓熱效應(yīng)（qp）的關(guān)系在等壓，只做體積功條件下:Au=qp+w=qp—p(v2—vl)Au=qp+pvl—pv2

qp=(u2+pv2—(ul+pv1)含H=u+pv(H定義為焓，是狀態(tài)函數(shù))貝。qp=h2-H1=AH結(jié)論：等壓只做體積功條件下(化學(xué)反應(yīng)通常屬此種情況)，本系焓變(AH)在數(shù)值上等于等壓熱效應(yīng)(Qp)。焓變是與化學(xué)反應(yīng)的起始狀態(tài),終止?fàn)顟B(tài)有關(guān)，與物質(zhì)所處環(huán)境的壓強(qiáng)，溫度等因素有關(guān)，與化學(xué)反應(yīng)的過程無關(guān)2、熵熵物理名詞,用熱量除溫度所得的商標(biāo)志熱量轉(zhuǎn)化為功的程度[entropy]物理意義:物質(zhì)微觀熱運(yùn)動時(shí),混亂程度的標(biāo)志。熱力學(xué)中表征物質(zhì)狀態(tài)的參量之一,通常用符號S表示。在經(jīng)典熱力學(xué)中,可用增量定義為dS二(dQ/T),式中T為物質(zhì)的熱力學(xué)溫度；dQ為熵增過程中加入物質(zhì)的熱量。下標(biāo)“可逆”表示加熱過程所引起的變化過程是可逆的。若過程是不可逆的，則dS>(dQ/T)不可逆。單位質(zhì)量物質(zhì)的熵稱為比熵，記為s。熵最初是根據(jù)熱力學(xué)第二定律引出的一個(gè)反映自發(fā)過程不可逆性的物質(zhì)狀態(tài)參量。熱力學(xué)第二定律是根據(jù)大量觀察結(jié)果總結(jié)出來的規(guī)律,有下述表述方式：①熱量總是從咼溫物體傳到低溫物體,不可能作相反的傳遞而不引起其他的變化；②功可以全部轉(zhuǎn)化為熱，旦任何熱機(jī)不能全部地、連續(xù)不斷地把所接受的熱量轉(zhuǎn)變?yōu)楣?即無法制造第二類永動機(jī))；③在孤立系統(tǒng)中，實(shí)際發(fā)生的過程總使整個(gè)系統(tǒng)的熵值增大,此即熵增原理。摩擦使一部分機(jī)械能不可逆地轉(zhuǎn)變?yōu)闊幔轨卦黾?。熱量dQ由高溫(T1)物體傳至低溫(J)物體,高溫物體的熵減少dS]=dQ/T],低溫物

體的熵增加dS2=dQ/T2，把兩個(gè)物體合起來當(dāng)成一個(gè)系統(tǒng)來看，熵的變化是dS二dS2-dSi>0,即熵是增加的?！蛭锢韺W(xué)上指熱能除以溫度所得的商，標(biāo)志熱量轉(zhuǎn)化為功的程度。◎科學(xué)技術(shù)上泛指某些物質(zhì)系統(tǒng)狀態(tài)的一種量度某些物質(zhì)系統(tǒng)狀態(tài)可能出現(xiàn)的程度。亦被社會科學(xué)用以借喻人類社會某些狀態(tài)的程度?！蛟谛畔⒄撝校乇硎镜氖遣淮_定性的量度。只有當(dāng)你所使用的那個(gè)特定系統(tǒng)中的能量密度參差不齊的時(shí)候，能量才能夠轉(zhuǎn)化為功，這時(shí)，能量傾向于從密度較高的地方流向密度較低的地方，直到一切都達(dá)到均勻?yàn)橹埂Ｕ且揽磕芰康倪@種流動，你才能從能量得到功。江河發(fā)源地的水位比較高，那里的水的勢能也比河口的水的勢能來得大。由于這個(gè)原因，水就沿著江河向下流入海洋。要不是下雨的話，大陸上所有的水就會全部流入海洋，而海平面將稍稍升高?？倓菽苓@時(shí)保持不變。但分布得比較均勻。正是在水往下流的時(shí)候，可以使水輪轉(zhuǎn)動起來，因而水就能夠做功。處在同—個(gè)水平面上的水是無法做功的，即使這些水是處在很高的高原上，因而具有異常高的勢能，同樣做不了功。在這里起決定性作用的是能量密度的差異和朝著均勻化方向的流動。熵是混亂和無序的度量。熵值越大,混亂無序的程度越大。我們這個(gè)宇宙是熵增的宇宙。熱力學(xué)第二定律體現(xiàn)的就是這個(gè)特征。生命是高度的有序,智慧是高度的有序，在一個(gè)熵增的宇宙為什么會出現(xiàn)生命？會進(jìn)化出智慧？（負(fù)熵）。熱力學(xué)第二定律還揭示了：局部的有序是可能的，但必須以其他地方的更大無序?yàn)榇鷥r(jià)。人生存,就要能量，要食物，要以動植物的死亡（熵增）為代價(jià)。萬物生

長靠太陽。動植物的有序又是以太陽核反應(yīng)的衰竭(熵增)或其他形式的熵增為代價(jià)的。人關(guān)在完全封閉的鉛盒子里，無法以其他地方的熵增維持自己的負(fù)熵。在這個(gè)相對封閉的系統(tǒng)中，熵增的法則破壞了生命的有序。熵是時(shí)間的箭頭，在這個(gè)宇宙中是不可逆的。熵與時(shí)間密切相關(guān)。如果時(shí)間停止“流動”，熵增也就無從談起?！疤锟晌覀円阎奈镔|(zhì)能關(guān)住”的東西，不是別的，就是“時(shí)間”。低溫關(guān)住的也是“時(shí)間”。生命是物質(zhì)的有序“結(jié)構(gòu)”?！敖Y(jié)構(gòu)”與具體的物質(zhì)不是同一個(gè)層次的概念。就像大廈的建筑材料和大廈的式樣不是同一個(gè)層次的概念一樣。生物學(xué)已經(jīng)證明,凡是上了歲數(shù)的人,身體中的原子,已經(jīng)沒有一個(gè)是剛出生時(shí)候的了。但是，你還是你,我還是我,生命還在延續(xù)。倒是死了的人,沒有了新陳代謝,身體中的分子可以保留很長時(shí)間。意識是比生命更高層次的有序,可以在生命之間傳遞。說到這里,我想物質(zhì)與意識的層次關(guān)系應(yīng)該比交清楚了。不管對哪一種能量來說,情況都是如此。在蒸汽機(jī)中,有一個(gè)熱庫把水變成蒸汽，還有一個(gè)冷庫把蒸汽冷凝成水。起決定性作用的正是這個(gè)溫度差。在任何單一的、毫無差別的溫度下一一不管這個(gè)溫度有多高一一是不可能得到任何功的。“熵”(entropy是德國物理學(xué)家克勞修斯(RudolfClausius,1822-1888)在1850年創(chuàng)造的一個(gè)術(shù)語，他用它來表示任何一種能量在空間中分布的均勻程度。能量分布得越均勻,熵就越大。如果對于我們所考慮的那個(gè)系統(tǒng)來說，能量完全均勻地分布,那么，這個(gè)系統(tǒng)的熵就達(dá)到最大值。在克勞修斯看來,在一個(gè)系統(tǒng)中,如果聽任它自然發(fā)展,那么,能量差總是傾向于消除的。讓一個(gè)熱物體同一個(gè)冷物體相接觸,熱就會以下面所說的方式流動：熱物體將冷卻,冷物體將變熱,直到兩個(gè)物體達(dá)到相同的溫度為止。如果把

兩個(gè)水庫連接起來，并且其中一^水庫的水平面高于另一^水庫，那么，萬有引力就會使一個(gè)水庫的水面降低而使另一個(gè)水面升高直到兩個(gè)水庫的水面均等，而勢能也取平為止。因此，克勞修斯說，自然界中的一個(gè)普遍規(guī)律是：能量密度的差異傾向于變成均等。換句話說，“熵將隨著時(shí)間而增大'。對于能量從密度較高的地方向密度較低的地方流動的研究過去主要是對于熱這種能量形態(tài)進(jìn)行的。因此，關(guān)于能量流動和功--能轉(zhuǎn)換的科學(xué)就被稱為'熱力學(xué)”，這是從希臘文“熱運(yùn)動”一詞變來的。人們早已斷定,能量既不能創(chuàng)造,也不能消滅。這是一條最基本的定律;所以人們把它稱為“熱力學(xué)第一定律”?？藙谛匏顾岢龅撵仉S時(shí)間而增大的說法，看來差不多也是非常基本的一條普遍規(guī)律,所以它被稱為“熱力學(xué)第二定律”。描述熱力學(xué)系統(tǒng)的重要態(tài)函數(shù)之一。熵的大小反映系統(tǒng)所處狀態(tài)的穩(wěn)定情況,熵的變化指明熱力學(xué)過程進(jìn)行的方向熵為熱力學(xué)第二定律提供了定量表述。為了定量表述熱力學(xué)第二定律/應(yīng)該尋找一個(gè)在可逆過程中保持不變在不可逆過程中單調(diào)變化的態(tài)函數(shù)?？藙谛匏乖谘芯靠ㄖZ熱機(jī)時(shí)，根據(jù)卡諾定理得出了對任意循環(huán)過程都都適用的一個(gè)公式,式中Q是系統(tǒng)從溫度為T的熱源吸收的微小熱量，等號和不等號分別對應(yīng)可逆和不可逆過程?？赡嫜h(huán)的表明存在著—個(gè)態(tài)函數(shù)熵，可定義為另一式（參見相關(guān)著述）對于絕熱過程Q=0,故S>0,即系統(tǒng)的熵在可逆絕熱過程中不變，在不可逆絕熱過程中單調(diào)增大。這就是熵增加原理。由于孤立系統(tǒng)內(nèi)部的一切變化與外界無關(guān)，必然是絕熱過程,所以熵增加原理也可表為：一個(gè)孤立系統(tǒng)的熵永遠(yuǎn)不

會減少。它表明隨著孤立系統(tǒng)由非平衡態(tài)趨于平衡態(tài)，其熵單調(diào)增大，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到平衡態(tài)時(shí)，熵達(dá)到最大值。熵的變化和最大值確定了孤立系統(tǒng)過程進(jìn)行的方向和限度，熵增加原理就是熱力學(xué)第二定律。能量是物質(zhì)運(yùn)動的一種量度，形式多樣，可以相互轉(zhuǎn)換。某種形式的能量如內(nèi)能越多表明可供轉(zhuǎn)換的潛力越大。熵原文的字意是轉(zhuǎn)變，描述內(nèi)能與其彳也形式能量自發(fā)轉(zhuǎn)換的方向和轉(zhuǎn)換完成的程度。隨著轉(zhuǎn)換的進(jìn)行，系統(tǒng)趨于平衡態(tài)，熵值越來越大，這表明雖然在此過程中能量總值不變，但可供利用或轉(zhuǎn)換的能量卻越來越少了。內(nèi)能、熵和熱力學(xué)第一、第二定律使人們對與熱運(yùn)動相聯(lián)系的能量轉(zhuǎn)換過程的基本特征有了全面完整的認(rèn)識。從微觀上說,熵是組成系統(tǒng)的大量微觀粒子無序度的量度，系統(tǒng)越無序、越混亂,熵就越大。熱力學(xué)過程不可逆性的微觀本質(zhì)和統(tǒng)計(jì)意義就是系統(tǒng)從有序趨于無序，從概率較小的狀態(tài)趨于概率較大的狀態(tài)。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因也很簡單，既自然界通向無序的方法遠(yuǎn)多于通向有序的方法，打個(gè)比方,讓一群學(xué)生在操場上站好隊(duì),需要一些手段，但要也們在操場上亂跑,就很簡單了。信息論中的熵：信息的度量單位。信息論的創(chuàng)始人Shannon在其著作《通信的數(shù)學(xué)理論》中提出了建立在概率統(tǒng)計(jì)模型上的信息度量。他把信息定義為“用來消除不確定性的東西”。Shannon公式:I(A)=-logP(A)I(A)度量事件A發(fā)生所提供的信息量，稱之為事件A的自信息,P(A)為事件A發(fā)生的概率。如果一個(gè)隨機(jī)試驗(yàn)有N個(gè)可能的結(jié)果或一個(gè)隨機(jī)消息有N個(gè)可能值，若它們出現(xiàn)的概率分別為pl,p2,…，pN,則這些事件的自信息的平均值:

H=-SUM(pi*log(pi)),i=l,2...N。H稱為熵。在信息論中/熵可用作某事件不確定度的量度。信息量越大/體系結(jié)構(gòu)越規(guī)則，功能越完善，熵就越小。利用熵的概念，可以從理論上研究信息的計(jì)量、傳遞、變換、存儲。此外，熵在控制論、概率論、數(shù)論、天體物理、生命科學(xué)等領(lǐng)域也都有一定的應(yīng)用。在物理學(xué)中，玻爾茲曼說：“當(dāng)能量被減少時(shí)，原子就呈現(xiàn)為一種更無序的狀態(tài)。”熵是對無序的一種度量：那是一個(gè)意義深遠(yuǎn)的概念，該概念就來源于玻爾茲曼的新的解釋。另人吃驚的是，可制作一種度量無序的方法，那就是特殊狀態(tài)的概率——在次被定義為原子聚集方式的數(shù)量。他十分精確的表示為：S=KlogWS是熵，它與給定狀態(tài)的概率W的對數(shù)值成正比，K是比例常數(shù)，現(xiàn)在稱為玻爾茲曼常數(shù)。如果不是玻爾茲曼，我們的進(jìn)步將會倒退幾十年，也許一百年。他那P不朽的公式S=KlogW刻在他的墓碑上。熵最早是熱力學(xué)上的一個(gè)符號，表達(dá)的是某一系統(tǒng)內(nèi)部熱量平均化的程度。而后，這個(gè)概念被許多其他學(xué)科借用，引伸出更多的概念。但是不管在學(xué)科間如何變化，其表達(dá)的概念總是一個(gè)，就是，系統(tǒng)內(nèi)部物質(zhì)分布平均化程度。熵如今已經(jīng)成為一個(gè)廣義化的概念而非物理學(xué)獨(dú)有的了。熵是一個(gè)物理概念，以日常語言來說，往往就是失序?但熵與常識中的失序有很大的不同熱力學(xué)第二定律說的是，封閉系統(tǒng)的熵，總植無法降低?所謂封閉系統(tǒng)就是