Physics 版 (精华区)

发信人: yanyanyan (风), 信区: Physics
标  题: ６８　熵是什么？
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年02月21日17:35:34 星期三), 站内信件




６８　熵是什么？

　　只有当你所使用的那个特定系统中的能量密度参差不齐
的时候，能量才能够转化为功，这时，能量倾向于从密度较
高的地方流向密度较低的地方，直到一切都达到均匀为止。
正是依靠能量的这种流动，你才能从能量得到功。
　　江河发源地的水位比较高，那里的水的势能也比河口的
水的势能来得大。由于这个原因，水就沿着江河向下流入海
洋。要不是下雨的话，大陆上所有的水就会全部流入海洋，
而海平面将稍稍升高。总势能这时保持不变。但分布得比较
均匀。
　　正是在水往下流的时候，可以使水轮转动起来，因而水
就能够做功。处在同一个水平面上的水是无法做功的，即使
这些水是处在很高的高原上，因而具有异常高的势能，也同
样做不了功。在这里起决定性作用的是能量密度的差异和朝
着均匀化方向的流动。
　　不管对哪一种能量来说，情况都是如此。在蒸汽机中，
有一个热库把水变成蒸汽，还有一个冷库把蒸汽冷凝成水。
起决定性作用的正是这个温度差。在任何单一的、毫无差别
的温度下——不管这个温度有多高——是不可能得到任何功
的。
　　“熵”是德国物理学家克劳修斯在１８５０年创造的一
个术语，他用它来表示任何一种能量在空间中分布的均匀程
度。能量分布得越均匀，熵就越大。如果对于我们所考虑的
那个系统来说，能量完全均匀地分布，那么，这个系统的熵
就达到最大值。
　　在克劳修斯看来，在一个系统中，如果听任它自然发展，
那么，能量差总是倾向于消除的。让一个热物体同一个冷物
体相接触，热就会以下面所说的方式流动：热物体将冷却，
冷物体将变热，直到两个物体达到相同的温度为止。如果把
两个水库连接起来，并且其中一个水库的水平面高于另一个
水库，那么，万有引力就会使一个水库的水面降低，而使另
一个水面升高，直到两个水库的水面均等，而势能也取平为
止。
　　因此，克劳修斯说，自然界中的一个普遍规律是：能量
密度的差异倾向于变成均等。换句话说，“熵将随着时间而
增大”。
　　对于能量从密度较高的地方向密度较低的地方流动的研
究，过去主要是对于热这种能量形态进行的。因此，关于能
量流动和功－能转换的科学就被称为“热力学”，这是从希
腊文“热运动”一词变来的。
　　人们早已断定，能量既不能创造，也不能消灭。这是一
条最基本的定律；所以人们把它称为“热力学第一定律”。
　　克劳修斯所提出的熵随时间而增大的说法，看来差不多
也是非常基本的一条普遍规律，所以它被称为“热力学第二
定律”。

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