热力学第二定律补充-大学物理热学部分课件.ppt

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1、热力学第二定律补充2008.5.12 问题的提出热力学第一定律的不足:不能判定过程进行的方向冷热物体接触,总是热的变冷,冷的变热扩散 限度问题无法解决热机中热效率最大为多少?能否到1?1.热现象的不可逆性所有的实际发生的热现象都是不可逆的热传导的不可逆高温物体把热量传递给低温度物体高温物体把热量传递给低温度物体功热转换的不可逆热现象进行的方向从某一非平衡态到平衡态各种不可逆过程是互相关联的由功变热的不可逆可以推断出热传导的不可逆由功变热的不可逆可以推断出绝热自由膨胀的不可逆性自发过程初末态的判断以理想气体绝热自由膨胀为例开始:所有气体分子在左边,最终:气体在左右两边都有。（假设有3个分子：21

2、2页）热力学概率开始时小，最终大3.第二定律的实质第二定律的实质两种表述的等价性 The equivalence of the Clausius and Kelvin-Plank The equivalence of the Clausius and Kelvin-Plank statementsstatements.反证法证明两种表述的等效性两种表述的等效性 按照反证法，假如开氏表述是正确的，则克氏表述也是正确的，反之也如此。说明这两者是等价的。则必然有：若开氏表述不真，则克氏表述也不真。同时还有：若克氏表述不真，则开氏表述也不真。也就是说，只要违反其中的任一表述，必然会违反另一种表述，由此

3、说明，两者都是等价的由反证由反证I I及反证及反证，己经可以严格地证明，己经可以严格地证明了克劳修斯表述及开尔文表述两者的等价了克劳修斯表述及开尔文表述两者的等价性。性。实际上，热力学第二定律还可有其它很实际上，热力学第二定律还可有其它很多种表述，例如普朗克表述，卡拉西奥多多种表述，例如普朗克表述，卡拉西奥多里表述等。里表述等。它们都是从某一种不可逆过程出发来说它们都是从某一种不可逆过程出发来说明不可逆性的；明不可逆性的；所有这些表述都是等价的。所有这些表述都是等价的。其原因是由于自然界中所有的不可逆过其原因是由于自然界中所有的不可逆过程其本质是相同的。程其本质是相同的。任何任何不可逆不可逆过

4、程的出现，总伴随有过程的出现，总伴随有“可用能量可用能量”被贬值为被贬值为“不可用能量不可用能量”的现象发生。的现象发生。一切与热现象有关的过程都是不可逆过程一切与热现象有关的过程都是不可逆过程因为有一种因素是不可避免的。因为有一种因素是不可避免的。（1）耗散效应：任何形式的摩擦力，粘滞力、电阻、磁）耗散效应：任何形式的摩擦力，粘滞力、电阻、磁滞等的影响；总伴随着其它形式的能热之间的转化。滞等的影响；总伴随着其它形式的能热之间的转化。（2）系统和外界之间总是存在着有限大小的压强差、温）系统和外界之间总是存在着有限大小的压强差、温度差，过程进行时然是非静态过程。度差，过程进行时然是非静态过程。因

5、而，自然界发生的宏观过程无不与热现象相互关因而，自然界发生的宏观过程无不与热现象相互关联着，以上两种因素只要存在一种，则过程就是不可逆联着，以上两种因素只要存在一种，则过程就是不可逆过程。过程。对于一个循环过程，同样有可逆循环和不可逆循环。对于一个循环过程，同样有可逆循环和不可逆循环。例如：理想卡诺循环为可逆循环。例如：理想卡诺循环为可逆循环。四、热力学第二定律的实质四、热力学第二定律的实质一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。(1)(1)实际中摩擦不可消除，存在耗散效应；实际中摩擦不可消除，存在耗散效应；(2)(2)真正的准静态过程不在在。真

6、正的准静态过程不在在。热二律指出了自然界所发生的自发物理过程是有一定方向的。热二律指出了自然界所发生的自发物理过程是有一定方向的。热二律则说明，满足能量守恒的过程不一定能实现。热二律则说明，满足能量守恒的过程不一定能实现。热一律说明在任何物理过程中能量必须守恒。热一律说明在任何物理过程中能量必须守恒。、热二律与热一律彼此独立又互相补充、热二律与热一律彼此独立又互相补充三、三、热二律的统计意义热二律的统计意义 玻尔兹曼熵玻尔兹曼熵 为什么为什么 孤立系统中的自发过程是有方向的？孤立系统中的自发过程是有方向的？为什么一切实际的热力学过程都是不可逆的？为什么一切实际的热力学过程都是不可逆的？一、一、

7、热力学第二定律的统计解释热力学第二定律的统计解释 设有一热力学系统，只有设有一热力学系统，只有4个分子，并分别记作个分子，并分别记作a、b、c、d，开始时，开始时4个分子放在隔板一边的个分子放在隔板一边的A部，然后抽出隔板，则部，然后抽出隔板，则 这这4个分子在个分子在A、B两部分的分布情况，共有如下两部分的分布情况，共有如下16种：种：、微观态、微观态、微观态等概率原理、微观态等概率原理 由于各宏观态所包容的微观态数目是不相等的，因此，由于各宏观态所包容的微观态数目是不相等的，因此，热热力学的宏观态出现的概率是不等的，哪一个宏观态所包容的微力学的宏观态出现的概率是不等的，哪一个宏观态所包容的

8、微观态数目越多，哪一种宏观态出现的概率就越大。观态数目越多，哪一种宏观态出现的概率就越大。不讨论分子的具体分布方式（即不区分不讨论分子的具体分布方式（即不区分a、b、c、d），而只），而只计及各区间分布有多少个分子，即为宏观态。计及各区间分布有多少个分子，即为宏观态。指微观粒子的每一种具体分布方式（即必须区分指微观粒子的每一种具体分布方式（即必须区分a,b,c,d)a,b,c,d)。孤立系统内，所有微观态都是等概率的。孤立系统内，所有微观态都是等概率的。由上表还可知，全部微观态数为，每一微观态出现的概由上表还可知，全部微观态数为，每一微观态出现的概 率为率为可以证明，若总分子数为，可以证明，若

9、总分子数为，每一微观态出现的概率为每一微观态出现的概率为 宏观态宏观态、热力学概率、热力学概率 由上表可以看出：由上表可以看出：全部分布在区或区的这种宏观态热力学概率最小（为全部分布在区或区的这种宏观态热力学概率最小（为）（分子运动最为有序）。）（分子运动最为有序）。给定的宏观态所对应的微观态数叫做该宏观态的热力学概给定的宏观态所对应的微观态数叫做该宏观态的热力学概率（微观容配数）用率（微观容配数）用 表示。表示。进一步的理论指出：随着总分子数的增加，平衡态所包含进一步的理论指出：随着总分子数的增加，平衡态所包含的热力学概率的热力学概率 会急剧增加，它们在微观态数中所占的比例也会急剧增加，它们

10、在微观态数中所占的比例也急剧增大。急剧增大。可见，可见，热力学概率热力学概率 的大小，可作为分子热运动无序度大的大小，可作为分子热运动无序度大小的量度。小的量度。分布处于平衡态时的热力学概率为最大（为）（分子分布处于平衡态时的热力学概率为最大（为）（分子 运动最为无序）。运动最为无序）。根据概率论，如果容器中总分子数为根据概率论，如果容器中总分子数为N N，则，则A A侧有侧有n n 个分子的个分子的 热学概率为热学概率为而每个宏观态的概率为而每个宏观态的概率为 当分子数达到当分子数达到1010的实际量级时，的实际量级时，平衡态所包含的热力学概率平衡态所包含的热力学概率 在微观态数中所占的比例

11、，在微观态数中所占的比例，几乎达到百分之百。即热力学的平几乎达到百分之百。即热力学的平衡态总是与该系统的热力学概率的极大值相对应。衡态总是与该系统的热力学概率的极大值相对应。0Wnn 如以横轴表示容器如以横轴表示容器A A半部半部的分子数的分子数n n，纵轴表示相应，纵轴表示相应的热力学概率出现的概率的热力学概率出现的概率p p，则在达平衡态时这个分，则在达平衡态时这个分布曲线有非常尖锐的极大布曲线有非常尖锐的极大值。值。二、玻尔兹曼熵、熵的统计意义二、玻尔兹曼熵、熵的统计意义1、玻尔兹曼熵的建立玻尔兹曼熵的建立 又，热力学概率大的时候，也是系统内分子运动的无序又，热力学概率大的时候，也是系统

12、内分子运动的无序度大的时候。因此，上述结论又可表述为：度大的时候。因此，上述结论又可表述为：在一孤立系统内所发生的一切自发过程总是沿着使分在一孤立系统内所发生的一切自发过程总是沿着使分子运动更加无序的方向进行。子运动更加无序的方向进行。“自然界的一切自发过程都是向着微观状态自然界的一切自发过程都是向着微观状态数大的方向进行的数大的方向进行的”。-波尔兹曼波尔兹曼-例如：摩擦生热：大量分子的有序运动转变为分子的无规则例如：摩擦生热：大量分子的有序运动转变为分子的无规则 热运动热运动可行；可行；热生摩擦：大量分子的无规则热运动，自动地做有序热生摩擦：大量分子的无规则热运动，自动地做有序运动运动不可

13、行；不可行；由上面讨论可知，由上面讨论可知，S S应与应与 有关。有关。实际的热力学过程不可逆性说明过程初态和终态间应有实际的热力学过程不可逆性说明过程初态和终态间应有一种重要性质上的差异，这种性质如果用一物理量来描述，一种重要性质上的差异，这种性质如果用一物理量来描述，则该物理量应是状态的函数，并能用这个函数的变化来说则该物理量应是状态的函数，并能用这个函数的变化来说明和判断系统过程的方向。明和判断系统过程的方向。这个态函数就是熵这个态函数就是熵S S。18771877年玻尔兹曼建立起年玻尔兹曼建立起S S与与 的关系为的关系为 klnkln 称为玻尔兹曼关系式。称为玻尔兹曼关系式。式中式中

14、K K是玻尔兹曼恒量，是玻尔兹曼恒量，是热力学概率，这种熵称玻尔是热力学概率，这种熵称玻尔兹曼熵。兹曼熵。四、四、卡诺定理卡诺定理卡诺定理的表述：卡诺定理的表述：1 1）、卡诺热机的两个热源之间）、卡诺热机的两个热源之间,可逆热机的效可逆热机的效率是一样的率是一样的,与工作物质无关与工作物质无关;2 2）、卡诺热机的两个热源之间）、卡诺热机的两个热源之间,不可逆热机的不可逆热机的效率小于可逆热机的效率效率小于可逆热机的效率.注意：注意：这里所讲的热源都是温度均匀的这里所讲的热源都是温度均匀的恒温热源恒温热源,若一可逆热机仅从某一确定温度的热源吸热，若一可逆热机仅从某一确定温度的热源吸热，也仅向

15、另一确定温度的热源放热，从而对外作也仅向另一确定温度的热源放热，从而对外作功，那么这部可逆热机必然是由两个等温过程功，那么这部可逆热机必然是由两个等温过程及两个绝热过程所组成的及两个绝热过程所组成的可逆卡诺机可逆卡诺机。6.3 6.3 卡诺定理卡诺定理 一、卡诺定理一、卡诺定理 可逆循环：组成循环的每一个过程都是可逆过程，则称可逆循环：组成循环的每一个过程都是可逆过程，则称该循环为可逆循环该循环为可逆循环。、工作于相同高、低温热源之间的任何可逆机的效率、工作于相同高、低温热源之间的任何可逆机的效率与工作物质无关，它只决定于高、低温热源的温度与工作物质无关，它只决定于高、低温热源的温度 、在相同

16、的高、低温热源工作的一切不可逆机的效率不、在相同的高、低温热源工作的一切不可逆机的效率不可能高于可逆机可能高于可逆机T2T1T1ab把可逆机把可逆机a用作制冷机用作制冷机，再把，再把a与与b联合运转如图联合运转如图联合机器的净效果是低温热源T2失去热量：高温热源高温热源T T1 1得到热量：得到热量：因为（1）=（2），所以热量从低温热源流到高温热源，而外界并未对联合热机做功，即违反 Clausius 表述；说明前面的假设 是错误的。只能是b机的效率不可能大于a的效率,即若若b机也是可逆的，按上述类是的方法证明：机也是可逆的，按上述类是的方法证明：方程（方程（5）和（）和（6）同时成立的条件是

17、：）同时成立的条件是：6.7 克劳修斯等式与不等式克劳修斯等式与不等式1、克修斯式等式、克修斯式等式可逆机可逆机 克劳修斯注意到，可逆机从高温热源吸取热量，在低温克劳修斯注意到，可逆机从高温热源吸取热量，在低温热源放出热量，其效率为热源放出热量，其效率为由卡诺定理由卡诺定理此称为克劳修斯等式此称为克劳修斯等式 于是可得于是可得 式中式中Q Q1 1，Q Q2 2取的是绝对值，如果对热量取的是绝对值，如果对热量Q Q采用热一律中的采用热一律中的 符号规定，则有符号规定，则有称为热温比称为热温比 由于在卡诺循环中两个绝热过程中由于在卡诺循环中两个绝热过程中Q=0Q=0，故上式表明在可，故上式表明在

18、可 逆的卡诺循环中热温比之和为零。逆的卡诺循环中热温比之和为零。不可逆机不可逆机 过程仍然有过程仍然有由卡诺定理由卡诺定理克劳修斯不等式克劳修斯不等式三、克劳修斯熵三、克劳修斯熵对可逆循环对可逆循环II说明说明 这个物这个物理量，在可逆过程中，其积分值理量，在可逆过程中，其积分值与具体路径无关，而只由始末状与具体路径无关，而只由始末状态来决定。态来决定。在力学中曾证明过，对于保守力因有在力学中曾证明过，对于保守力因有 因而引入了势能因而引入了势能E Ep p这个态函数。同样根据这个态函数。同样根据 的性质，我们也可以引入一个态函数的性质，我们也可以引入一个态函数S S，即，即（1 1）可以证明

19、克劳修斯熵与玻尔兹曼熵是等价的，也是可以证明克劳修斯熵与玻尔兹曼熵是等价的，也是系统状态的单值函数。对应于热力学系统的任一个平衡态系统状态的单值函数。对应于热力学系统的任一个平衡态 都有一个熵值与之对应。都有一个熵值与之对应。这个态函数这个态函数S S在年被克劳修斯命名为熵，故又称为在年被克劳修斯命名为熵，故又称为克劳修斯熵。克劳修斯熵。（2 2）和势能一样熵也是一个相对量和势能一样熵也是一个相对量任一微小的可逆过程有任一微小的可逆过程有 一般只考虑熵变一般只考虑熵变克劳修斯熵是一个反映宏观状态的态函数克劳修斯熵是一个反映宏观状态的态函数这种引这种引入熵的方法叫做入熵的方法叫做热力学熵热力学熵

20、.S=S S=S（P.TP.T）,S=S(P.V),S=S(P.V)熵计算熵计算例例713 求理想气体绝热自由膨胀过程的求理想气体绝热自由膨胀过程的克劳修斯克劳修斯熵变。熵变。解：理想气体向真空室膨胀时不做功解：理想气体向真空室膨胀时不做功 由热一律由热一律 理想气体内能是温度的单值函数，故知理想气体绝热自由理想气体内能是温度的单值函数，故知理想气体绝热自由 膨胀的过程是一等温过程。膨胀的过程是一等温过程。这是一不可逆过程，克劳修斯等式不成立，但可设计一个这是一不可逆过程，克劳修斯等式不成立，但可设计一个 可逆的等温过程来连接系统的初态（可逆的等温过程来连接系统的初态（V1，T）和终（）和终（

21、V2，T），），以此来计算系统的熵变。以此来计算系统的熵变。由于等温过程中有由于等温过程中有 dQ=dA=Pdv 而又由物态方程有而又由物态方程有：绝热绝热 Q=0 Q=0，由于由于V2V1，故知理想气体绝热自由膨胀这一不可逆过，故知理想气体绝热自由膨胀这一不可逆过程的熵是增加的。程的熵是增加的。由此可以证明克劳修斯熵与玻尔兹曼熵是等价的。由此可以证明克劳修斯熵与玻尔兹曼熵是等价的。例例714 求有限温差的热传导过程中的熵变。求有限温差的热传导过程中的熵变。在由绝热壁围成的容器内的中间用导热板分成相等的在由绝热壁围成的容器内的中间用导热板分成相等的A A、B B两部分，两边各有一摩尔的同种理想

22、气体，它们的初始温度两部分，两边各有一摩尔的同种理想气体，它们的初始温度分别为分别为T TA A和和T TB B，达平衡时的终了温度为，达平衡时的终了温度为解：将这一不可逆传导过程假设为可逆解：将这一不可逆传导过程假设为可逆的等容过程，则的等容过程，则对对A对对B于是系统的总熵变为于是系统的总熵变为 只要只要 这说明，热传导这一不可逆过程中发生的熵变是增加的。这说明，热传导这一不可逆过程中发生的熵变是增加的。四、熵增加原理四、熵增加原理 热二律指出，自然界所发生的物理过程是有一定方向的，那热二律指出，自然界所发生的物理过程是有一定方向的，那么，判断过程进行方向的公共准则是什么呢？么，判断过程进

23、行方向的公共准则是什么呢？这个等式只适用于可逆过程，对于不可逆过程，这个等式只适用于可逆过程，对于不可逆过程，我们可以给出一般证明有我们可以给出一般证明有 即，对于绝热过程或是一个孤立系统（即即，对于绝热过程或是一个孤立系统（即Q=0，A=0的系统）的系统）有有 上式表明：上式表明：在绝热或孤立系统内所发生的一切不可逆过程的在绝热或孤立系统内所发生的一切不可逆过程的熵永远沿着熵增加的方向进行，直到熵的极大值为止。熵永远沿着熵增加的方向进行，直到熵的极大值为止。这就这就是熵增加原理。是熵增加原理。这一结论与由玻尔兹曼熵导出的结论是一一致的。这一结论与由玻尔兹曼熵导出的结论是一一致的。（）熵增加原

24、理是判别不可逆过程进行的方向和限度（达（）熵增加原理是判别不可逆过程进行的方向和限度（达极大值）的标准，因此熵增加原理也可称之为热二律的数学极大值）的标准，因此熵增加原理也可称之为热二律的数学表示式。表示式。（）熵增加原理的另一表述（）熵增加原理的另一表述考虑可逆过程的情况：考虑可逆过程的情况：在孤立系统内，任何变化过程都不可能导致熵总值的减少，在孤立系统内，任何变化过程都不可能导致熵总值的减少，即在一孤立系统内进行的过程必定是绝热过程，恒有即在一孤立系统内进行的过程必定是绝热过程，恒有 dS=0，对应可逆过程；对应可逆过程；dS0，对应不可逆过程。，对应不可逆过程。熵增加原理的证明熵增加原理

25、的证明 卡诺定理指出：在相同的高、低温热源工作的一切不可逆卡诺定理指出：在相同的高、低温热源工作的一切不可逆机的效率不可能高于可逆热机的效率，即机的效率不可能高于可逆热机的效率，即其中等号只适用于可逆热机，由上式可以推出：其中等号只适用于可逆热机，由上式可以推出：现在讨论一个普遍的循环过程现在讨论一个普遍的循环过程IITiTi+1不可逆循环过程不可逆循环过程现考虑一个现考虑一个不可逆过程不可逆过程如图示，使系统由如图示，使系统由某一平衡态某一平衡态1 1（初态）变到另一平衡态（初态）变到另一平衡态2 2（终态）；设有一个可逆过程，正好使系（终态）；设有一个可逆过程，正好使系统由终态回到初态。则

26、这个可逆过程与原统由终态回到初态。则这个可逆过程与原来的不可逆过程构成循环过程。此循环过来的不可逆过程构成循环过程。此循环过程为不可逆过程。程为不可逆过程。不可逆不可逆PV12由（由（2）可得）可得例例715从统计的意义来解释：从统计的意义来解释：不可逆过程实质上是一个不可逆过程实质上是一个 的转变过程；的转变过程；一切实际过程都向着一切实际过程都向着_的方向进行。的方向进行。答：热力学概率较小的状态到热力学概率较大的状态答：热力学概率较小的状态到热力学概率较大的状态 热力学概率增大的方向（或熵增加的方向）热力学概率增大的方向（或熵增加的方向）例例7-16 一杯热水冷却过程，水的熵是增加、减小

27、、还是不变一杯热水冷却过程，水的熵是增加、减小、还是不变？解：水散热为不可逆过程，但不是孤立系统，也不是绝热过程，解：水散热为不可逆过程，但不是孤立系统，也不是绝热过程，放热放热为熵减为熵减*热力学第二定律的另一种表述热力学第二定律的另一种表述在一孤立系统内发生的一切过程，必将导致能量的退化。在一孤立系统内发生的一切过程，必将导致能量的退化。在一个孤立系统内，从热力学第一定律讲，一切过程中在一个孤立系统内，从热力学第一定律讲，一切过程中系统的总能量守恒；系统的总能量守恒；利用熵的概念说明利用熵的概念说明 单纯性的功变热，是分子规则的有序能转变为无序能，单纯性的功变热，是分子规则的有序能转变为无

28、序能，符合熵增原理，可以自发地发生。相反的过程，即热自发符合熵增原理，可以自发地发生。相反的过程，即热自发地变为功，是使无序能自发地变为有序能，是熵减少，这地变为功，是使无序能自发地变为有序能，是熵减少，这是不可能自发地发生的。是不可能自发地发生的。但从热力学第二定律讲，则是熵值恒增。这意味着，虽然但从热力学第二定律讲，则是熵值恒增。这意味着，虽然系统的总能量保持不变，但其品质（即可利用的程度）却系统的总能量保持不变，但其品质（即可利用的程度）却是朝着降低的方向发展。因为熵增即意味着有序能的比例是朝着降低的方向发展。因为熵增即意味着有序能的比例下降，无序能的比例加重，而无序能又不能自动地变为有

29、下降，无序能的比例加重，而无序能又不能自动地变为有序能。所以，熵增即意味着能量的退化。序能。所以，熵增即意味着能量的退化。*2推广到：熵是一个系统无序度的量度。推广到：熵是一个系统无序度的量度。因为熵是与微观状态的对数成正比的，微观状态数因为熵是与微观状态的对数成正比的，微观状态数越大，混乱度就越大。信息量越小。越大，混乱度就越大。信息量越小。相反熵减小则有序度增加。以一个相反熵减小则有序度增加。以一个N个分子的物质系统个分子的物质系统为例：让其冷却，放出热量，先是碰撞次数减少，引起混为例：让其冷却，放出热量，先是碰撞次数减少，引起混乱的平均速率减小。继而变为液体时这时分子以振动为主，乱的平均

30、速率减小。继而变为液体时这时分子以振动为主，平动为辅，位置相对固定，有序度增加，温度再降低时，平动为辅，位置相对固定，有序度增加，温度再降低时，分子在平衡位置附近振动更加有序。分子在平衡位置附近振动更加有序。事实上平衡态是最无序，最无信息量，最缺活力的状态。事实上平衡态是最无序，最无信息量，最缺活力的状态。熵是一个系统无序度的量度，熵是一个系统无序度的量度，也可适用于社会生活的各也可适用于社会生活的各个角度。例如，日常生活中的一切，任其自然发展，无序个角度。例如，日常生活中的一切，任其自然发展，无序性增加，其熵值增加。性增加，其熵值增加。对于开放系统，熵可能增加，也可能减少：对于开放系统，熵可

31、能增加，也可能减少：dSi 系统内部不可逆过程产生，叫系统内部不可逆过程产生，叫熵产生项，熵产生项，对任何系统都有对任何系统都有 dSi此时系统熵变可分两部分此时系统熵变可分两部分 dS=dSi+dSedSe 系统与外界质量和能量交换产生，叫系统与外界质量和能量交换产生，叫熵流项熵流项。开放系统的热二律开放系统的热二律 所谓开放系统，与外界既有能量交换，又有物质交换的系统。所谓开放系统，与外界既有能量交换，又有物质交换的系统。对于开放系统：对于开放系统：dSdSe e0,0,若若dSo dSdSdSi i，则系统的熵变，则系统的熵变dS0dS0，系统的有序度增加，系统就，系统的有序度增加，系统

32、就可能进化。这样热二律可适用于生命、社会等不断进化的开放可能进化。这样热二律可适用于生命、社会等不断进化的开放系统。系统。耗散结构杂谈耗散结构杂谈人们发现无机界、无生命的世界总是从有序向无序变化，但人们发现无机界、无生命的世界总是从有序向无序变化，但生命现象却越来越有序，生物由低级向高级发展、进化。以致生命现象却越来越有序，生物由低级向高级发展、进化。以致出现人类这样高度有序的生物。意大利科学家普里高津提出了出现人类这样高度有序的生物。意大利科学家普里高津提出了耗散结构理论，解释了这个问题。耗散结构理论，解释了这个问题。原来生命是一开放系统。其熵变由两部分原来生命是一开放系统。其熵变由两部分组

33、成。组成。系统自身产生的熵，总为正值。系统自身产生的熵，总为正值。与外界交换的熵流，其值可正可负。与外界交换的熵流，其值可正可负。当系统远离平衡态时系统不断消耗能源与物质，当系统远离平衡态时系统不断消耗能源与物质，开放系统开放系统-与外界有物质和能量的交换的与外界有物质和能量的交换的系统。系统。从熵流中获取负熵，从而使系统在较高层次保持有序。正从熵流中获取负熵，从而使系统在较高层次保持有序。正于薛定谔指出：于薛定谔指出：“生命之所以免于死亡，其主要原因就在于生命之所以免于死亡，其主要原因就在于他能不断地获得负熵他能不断地获得负熵”。-薛定谔薛定谔-感冒：起因感冒：起因-运动或劳累过后，身体消耗

34、大量能量，产生运动或劳累过后，身体消耗大量能量，产生大量废热（体内熵大增）如能迅速排除，人相安无事。大量废热（体内熵大增）如能迅速排除，人相安无事。但如此时或吹风、或着凉但如此时或吹风、或着凉收缩阻止身体散热，这样体内原有积熵排不出，还进一步产生收缩阻止身体散热，这样体内原有积熵排不出，还进一步产生积熵，以致积熵过剩。熵是无序度的量度。因此人体内二千积熵，以致积熵过剩。熵是无序度的量度。因此人体内二千多化学反应开始混乱多化学反应开始混乱-使人头痛、发烧、畏寒畏冷、全身无力。使人头痛、发烧、畏寒畏冷、全身无力。抵抗力减弱抵抗力减弱.人因此感冒了。人因此感冒了。,皮肤感到过凉，皮肤感到过凉，此信息

35、传到大脑的此信息传到大脑的调温中心调温中心-丘脑，进行调温以暖皮肤，并下令皮肤毛细血管丘脑，进行调温以暖皮肤，并下令皮肤毛细血管中医说中医说:内有虚火内有虚火,外感外感风寒。风寒。西医说西医说:感冒了感冒了,有炎症。有炎症。物理说物理说:如何治疗呢如何治疗呢?中医说中医说:西医说西医说:物理说物理说:发汗清热。发汗清热。退热消炎。退热消炎。积熵过剩。积熵过剩。消除积熵。消除积熵。感冒了感冒了癌症癌症:由于各种原因由于各种原因,致使体内某一部分的混乱度大幅增长，致使体内某一部分的混乱度大幅增长，以致破坏了细胞再生时的基因密码的有序遗传以致破坏了细胞再生时的基因密码的有序遗传,细胞无控制地细胞无控

36、制地生长生长,产生毒素产生毒素,进一步破坏人体的有序进一步破坏人体的有序,直到熵趋近无穷大直到熵趋近无穷大-死亡到来。死亡到来。五、与热二律相关的其他问题五、与热二律相关的其他问题 1、热二律只对由大量分子组成的系统过程进行的方向起作用。、热二律只对由大量分子组成的系统过程进行的方向起作用。2、与熵相关的课题有：、与熵相关的课题有：（1）熵与信息）熵与信息申农熵申农熵 式式 中中k为大于零的恒量，为大于零的恒量，w是所有可能的结局数，是所有可能的结局数，Pi是是各种可能结果出现的概率。各种可能结果出现的概率。（2）“熵与生命过程熵与生命过程”（3）熵与宇宙进化）熵与宇宙进化（4）熵与时间箭头）

37、熵与时间箭头 对于对于“热寂热寂“的批判，以前都是建立在静态宇宙模型的批判，以前都是建立在静态宇宙模型上的，因此这种批判是感情色彩多于理性思考。上的，因此这种批判是感情色彩多于理性思考。现在的宇宙理论是动态的，即宇宙是处在远离平衡现在的宇宙理论是动态的，即宇宙是处在远离平衡态的，且在宇宙中万有引力扮演着重要角色，因此将平衡态的，且在宇宙中万有引力扮演着重要角色，因此将平衡态热力学定律直接应用于宇宙的演化上肯定是不妥的。态热力学定律直接应用于宇宙的演化上肯定是不妥的。3 3、关于热寂说、关于热寂说 所谓所谓“热寂说热寂说”：如果将整个宇宙看成一个孤立的系如果将整个宇宙看成一个孤立的系统，那么由于孤立系统的一切自发过程都是熵增的，一直统，那么由于孤立系统的一切自发过程都是熵增的，一直到达熵值极大，这时整个宇宙就趋于热平衡而进入热寂，到达熵值极大，这时整个宇宙就趋于热平衡而进入热寂，即整个宇宙的热运动停止了。即整个宇宙的热运动停止了。