熵增原理与耗散结构

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熵和熵增加原理

求 1.00kg冰融化为水时的熵变。
解：在本题条件下，冰水共存。若有热源供热则发生冰向水的等温相变。利用温度为273.15+dT的热源供热，使冰转变为水的过程成为可逆过程。 1.00kg冰融化为水时的熵变为：
2 d Q 12 Q m h
S 2 S 1 1T T 1d Q T T 1 .2 k2 /K J11
熵是系统状态的函数。
当状态由状态‘1’变化到状态‘2’时系统的熵增量：
SS2S1
kln 2kln 1 k
ln
2 1
克劳修斯根据卡诺定理导出了热量和熵的基本关系。
2
•克劳修斯熵公式
在卡诺定理表达式中，采用了讨论热机时系统吸
多少热或放多少热的说法。本节将统一用系统吸热表
示，放热可以说成是吸的热量为负（即回到第一定律
T
以重物及水为孤立系统，其熵变：
S S 水 S 重物 dT 水 Q 0cT m T
C为比热
EdMghT T0cm TT T0 T0S
15
注意：
1）退化的能量是与熵成正比的；
热源温度愈高它所输出的热能转变为功的潜力就
愈大，即较高温度的热能有较高的品质。当热量从高温
17
原来生命是一开放系统。其熵变由两部分组成。
开放系统---与外界有物质和能量的交换的系统
SSeSi
S i 系统自身产生的熵，总为正值。
S e 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，从熵流中获取负熵，从而使系统在较高层次保持有序。正如薛定谔指出来的：
分本来可以利用的能量变为退化的能量；可以证明：
退化的能量实际上就是环境污染的代名词。节约能源

从经济角度谈熵与耗散结构理论的意义

管理学院课程名称：组织行为学学生班级： MBA秋季班学生姓名：张爱芳学生学号：140206300444学生成绩：教师签名：从经济角度谈熵与耗散结构理论的意义公司治理”(Corporate G over n ance)是随着股份有限公司出现，作为所有权与经营权分离而引发的代理问题的产物。

自出现后，其治理模式及其治理结构和治理机制总是在不断地演变着。

每当新的治理模式(公司治理结构或公司治理机制)出现后，就会极大地促进公司治理效率的提高。

然而，随着时间的推移，这些新的治理模式的治理效率却会逐渐下降甚至失效，表现出所谓的“治理失灵”，于是又引进新的治理模式重新激发起公司治理的治理效率，就这样“治理 A——失灵 B——再治理 c”不断地演变着。

这种演变有两个突出的特点：一是不可逆性；二是呈越来越复杂、越来越规范有序的方向性。

公司治理为何会掉进这样一个“恶性循环”的怪圈里呢? 这背后的深层动因是什么呢? 本文欲借助热力学中的熵、耗散结构理论来揭开这一谜底。

公司的内部治理就是公司的出资者为保障投资收益，就控制权如何在由出资者、董事会和高级管理层组成的内部结构之间的分配所达到的安排。

股东、董事、管理层三者之间的相互关系构成了公司内部治理的基本内容。

它是一个相对封闭的系统，是公司治理的核心。

公司外部治理是属于非正式的制度安排，是通过一系列市场机制作用达到对公司利益相关者的利益协调。

一、治理熵：公司内部治理的治理效率递减之因人力资源管理是各生产力要素中最重要的一个。

事业单位的知识密集特征需要充足的人力资源作支撑。

只有不断改进事业单位的用人机制，整合相关人力资源，实施“以人为本”的管理模式，才能保持勃勃生机与创新活力，为社会提供高效优质的公共服务。

要做好人力资源管理，首先要弄清人力资源管理各个职能之间的相互关系，找到一个激发点，带动各个职能的推进，形成良性的管理循环。

绩效管理就是这样的一个激发点，它来源于发展战略，将发展战略进行层层分解，落实到各个部门、各个岗位上，然后通过对各个岗位、各个部门的绩效进行管理，监控记录绩效数据并对绩效数据进行分析，找出短板进行改进提升，促使单位战略的达成。

熵、耗散结构理论与企业管理

［0］化率的度量。也有学者认为管理熵是指任何一种管
理的组织、制度、政策、方法等在相对封闭的组织运动过程中，总呈现出有效能量逐渐减少，而无效能量不断
［=］增加的一个不可逆的过程。［=］：第一，组织是管理熵数学模型建立的假设条件
一个相对封闭的孤立系统，较少与环境进行信息、物质和能量交换；第二，组织内存在着能量的差异，处于一种不平衡状态。该模型表示方法为；
熵、耗散结构理论与企业管理
刘艳梅，姜振寰
（哈尔滨工业大学管理学院，黑龙江哈尔滨 (?"""(）
［摘要］将热力学系统中熵、耗散结构理论与企业管理相结合，根据熵增原理，管理系统出现从有序到无序的演变，从
本质上说明了企业管理的必要性。根据耗散结构理论，管理系统出现从无序到有序的演变，从本质上说明了企业应如何进行管理。［关键词］熵；耗散结构；企业管理［中图分类号］ @A(A ’ ((； B!C" ’ C； @A(? ’ # ［文献标识码］ D ［文章编号］ (""EF!A?0 （!""#） "(F""EEF"A
（二）熵概念在企业管理中的运用美国学者 2 3 45675- 和 83 9:.;<% 认为：今后一段历史时期，将由熵定律取代牛顿定律作为主要规范而占统治地位。哲学家、政治家、科学家、军事家、经济学家、教育家以至神学家都将纷纷据此重写著作。其结果，必将揭示自然科学与社会科学的种种奥秘及其相互之间的某些联系，产生新的思想飞跃，导致整个人类社会的发展、进步。实际上，熵的应用扩展得十分迅速，已经从自然科学拓展到了社会科学领域。热力学第二定律的理论核心就是不可逆性。这种不可逆性，是指无论何种初始条件的系统，都将顺着熵越来越大，状态越来越混乱，越来越无序的方向走向终极平衡态。它是一切真实系统都存在的最具本质的特征，企业管理系统也包括在内。从系统角度来说，热力学系统与企业管理系统有着很多的相似性，如不确定性，成员数的大量性和不可逆性等等，它决定了系统与系统之间可以相通。既然要借鉴热力学相关理论来解决管理的问题，首先得定义出管理系统的熵（简称管理熵）。根据管理系统状态变化和热力学系统状态变化的相似性、统计万方数据

热力学第二定律熵概念推广耗散结构

耗散结构打开从物理科学生命科学的窗口
热力学第二定律熵概念推广耗散结构
21
•生命过程---耗散过程高熵---混乱热平衡----死亡要活着---身体保持低熵状态
•薛定谔：生命是什么?
“生命之所以能存在，就在于从环境中不断得到 ‘负熵’”
“有机体是依赖负熵为生的 ”
----生命的热力学基础
混沌（chaos）状态
热力学第二定律熵概念推广耗散结构
37
定量的研究要提出物理模型建立数学模型然后再解相应的微分方程组
如果我们能弄清自组织现象的规律自觉控制一些参数使事物朝着我们所希望的耗散结构的方向发展那么我们这个世界将会更加美好!
热力学第二定律熵概念推广耗散结构
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“耗散结构”参考书
§4 熵概念的推广
一、熵与能量二、熵与时间三、熵与生命四、熵与信息五、熵与社会
热力学第二定律熵概念推广耗散结构
1
一、熵与能量热律：能量守恒热律：能量转化能力 •有序能力强无序
能力弱
•有序到无序能量转化过程不可逆
一部分能量不能再作功
--能量退化
热力学第二定律熵概念推广耗散结构
热力学第二定律熵概念推广耗散结构
4
数学家史蒂芬指出：至少存在三个时间箭头将过去和将来分开
热力学箭头无序度增加的时间方向
心理学箭头只能记住过去
宇宙学箭头
宇宙膨胀
三个箭头所指方向一致
热力学第二定律熵概念推广耗散结构
5
三、熵与生命热律：孤立系统无序度增加熵增加但生物进化过程：成长过程有序度增加
2
对热律深入认识 A)能量退化角度认识
孤立系统内发生的自发过程必然导致能量的退化

热寂说热力学第二定律熵增耗散结构

热寂说热力学第二定律熵增耗散结构热寂说--热力学第二定律(熵增)--耗散结构00热寂说是十九世纪六十年代由德国物理学家克劳胥斯用热力学第二定律讨论宇宙问题而得出的一种错误结论。

热力学第二定律指出，在一个不与外界发生相互作用，即不与外界发生物质和能量交换的孤立系统中，熵的变化总是大于或等于零，这就是熵增加原理。

按照这一原理，孤立系统的熵必趋于极大，即趋向平衡态，最后达到温度平衡。

克劳胥斯不懂辩证法，不能正确理解热力学第二定律，故将这一只适用于有限范围的定律外推到无限宇宙中，1865年错误地把这个定律概括为“宇宙的熵趋极大”。

1867年他又在《关于热力学第二定律》的通俗讲演中，更加明确地说：“宇宙的熵趋向于极大。

宇宙越是接近于这个熵是极大的极限状态，进一步变化的能力就越小；如果最后完全达到了这个状态，那就任何进一步的变化都不会发生了，这时宇宙就会进入一个死寂的永恒状态。

”这就是热寂说或宇宙热寂说。

这段话的意思是，自然界一切机械运动、电磁运动、化学运动等运动形式都将转化为热运动，而热运动则不能向其他运动形式转化，而热量不断向宇宙空间逸散，最后达到热平衡，宇宙各处温度都一样，于是一切变化都停止了，什么运动也没有，此时宇宙陷入热的死寂状态而毁灭。

如果要使宇宙复活重新运动起来，就必须靠外来的推动。

“因此，必须设想有上帝存在了。

牛顿的第一推动力变成了第一炽热。

”（《马克思恩格斯全集》第32卷第267页）热寂说一提出就受到宗教神学界和各种唯心主义派别的特别欢迎，利用它来作为世界末日论和上帝创世说的“科学”根据。

直到1951年，罗马教皇庇护十二世在《从现代自然科学看上帝存在的证明》的演说中，还将宇宙热寂说作为“承认宇宙中有个神圣的造物主”的证据。

实际上，宇宙热寂说和热力学第二定律之间并没有必然联系，前者并不是后者的科学推论。

恩格斯根据能量守恒和转化定律指出了热寂说的错误：一是违反了能量转化原理（质不灭原理），“克劳胥斯的第二原理等等，无论以什么形式提出来，都不外乎说：能消失了，如果不是在量上，那也是在质上消失了。

热力学第二定律熵概念推广耗散结构

耗散结构的应用实例
01
生态系统的自组织
生态系统是一个开放系统，通过与外界进行物质、能量和信息的交换，
形成了复杂的有序结构。例如，森林中的动植物种群分布、食物链等。
02
经济系统的自组织
经济系统也是一个开放系统，通过与外界进行物质、能量和信息的交换，
形成了有序的结构。例如，市场的供需平衡、企业的竞争与合作等。
定律的应用场景
• 热力学第二定律在能源利用、环境保护、化工生产等领域有着广泛的应用。例如，在能源利用方面，热力学第二定律指导我们如何更有效地利用能源，提高能源利用效率；在环境保护方面，热力学第二定律可以帮助我们理解自然界的自净能力和环境治理的原理；在化工生产方面，热力学第二定律可以指导我们如何优化生产过程，提高生产效率和产品质量。
相对熵
衡量两个概率分布之间的差异，可以用于描述系统演化过程中的信息损失。
信息熵的概念
01
信息熵
表示随机变量的不确定性或混乱程度，与随机变量的概率分布相关。
熵编码
02
03
信息增益
利用信息熵的原理，通过编码技术减少数据冗余，提高数据压缩效率。
在决策树算法中，用于衡量特征对分类的贡献，与信息熵的概念相关。
耗散结构的特征
自发性
耗散结构是在开放系统中自发形成的，不需要外部干预或指令。
稳定性
耗散结构一旦形成，就具有一定的稳定性，能够抵抗外界的干扰和变化。
有序性
耗散结构具有高度的有序性，这种有序性是通过与外界的相互作用而形成的。
动态性
耗散结构不是静止不变的，而是处于动态变化中，不断地与外界进行物质、能量和信息的交换。
熵与信息量的关系

耗散结构理论在企业管理中的应用

耗散结构理论在企业管理中的应用随着我国市场化进程的不断推进，企业想要在激烈的市场竞争中保持长久的发展动力，就需要不断对企业的管理进行创新，这就是要不断提高企业有序化的管理制度。

而耗散理论研究的就是系统从无序到有序、低序到高序的发展过程，因此加强对耗散理论的研究，对增强企业管理具有深远的现实意义。

1 耗散结构理论根据热力学第二定律，在热力学系统中，热能总是从高温物体自发地向低温物体传递，这就是说物体总是向着熵增的方向转变，运动状态也会变得越来越混乱，这是一种不可逆的状态。

热力学的熵增原理根本观点就是宇宙是自发地向有序的方向转变，最后达到平衡的状态。

从系统学角度上来考虑，企业的发展和热力学系统是一致的，比如公司发展的不确定性、成员数量较大以及具有不可逆性。

但是从达尔文的进化理论来看，人类进化的方向是从无序到有序的过程，这正好和熵增理论相反，因此普利高津在1969 年提出了耗散理论，就是为了解决热力学和进化论之间的矛盾。

普利高津在分析耗散理论的时候，将宏观的系统分为三类：孤立系统、封闭系统以及开放系统，在针对开放系统分析的时候，又根据热力学的定义将其分为热力学平衡态、近平衡态以及远离平衡态，而远离平衡态的开放系统通过和物质之间进行不断的能量和物质的交换，就会产生自组织的现象，这样系统就会逐渐由无序向有序的方向转化，这样一种自发形成的有序结构就是耗散结构。

要形成耗散结构需要具备四个条件：1.1 系统是开放系统要存在系统和外界环境之间的物质和能量的交换，这就必须是一个开放性的系统。

而热力学第二定律中所讲述的熵增原理是存在于封闭系统的，只有在封闭系统的时候，系统的紊乱程度才会逐渐增大，也就会逐渐趋于稳衡状态。

耗散结构是开放系统的时候，通过和外界不断进行物质、信息以及能量的转化和传递，从而保持源源不断的生命力。

当开放系统从外界获得能量大于能够克服熵增的能量的时候，就能够逐渐趋于有序状态。

1.2 系统远离平衡状态系统想要转化成有序的状态，就需要处于不平衡的状态，这样系统内部的能量和物质才会进行转化，这样才能够逐渐形成有序的状态，这样才能够具有动态特征。

有趣的“熵增定律”和“耗散结构”

有趣的“熵增定律”和“耗散结构”1854年，一位叫克劳修斯的欧洲人，首次提出了“熵”的概念，认为“在孤立的系统内，分子的热运动总是会从原来集中、有序的的排列状态逐渐趋向分散、混乱的无序状态，系统从有序向无序的自发过程中，熵总是增加。

当熵在一个系统内达到最大值时，系统就会处于一种能量守恒状态而呈现一种静寂状态”（摘自网文《熵与社会发展》，作者山川若般）。

“熵”是热力学第二定律的核心概念，而热力学第二定律的另一层含义是，随着平衡的呈现，熵的递增是不可逆转的。

也就是说，熵是“时间之矢”（英国天文学家爱丁顿爵士语），时间是有力量的，时间亦是万物永恒的腐蚀剂，时间将所有的人，社会、生物、地球、太阳系以及宇宙引入不可逆的寂灭之路。

正像马克思所言：人从诞生之日起，就已经大踏步地在向着坟墓迈进。

这是恒定的铁律，在科学上被冠以“不可逆的熵增的必然性”。

克劳修斯发现了令人绝望的“熵增定律”，我们无法再去重现那是克劳修斯发现它时的精神状态，但有资料表明，天文学家、文学家和演员的自杀率似乎是最高的，许多西方科学家作为科学家的同时，也是虔诚的宗教徒。

例如天文物理学的奠基人开普勒曾写道：既然天文学家是自然之书最高上帝的牧师，适合我们思考的不是我们智慧的光荣，而是居于一切之上的上帝的光荣；牛顿是经典力学体系的建立者，包括发现万有引力定律、运动三大定律。

他信仰耶稣基督和救世主，晚年写了大量宗教方法的手稿，从年代学和圣经研究到神学阐释；我们必须记住，宗教和科学所处理的事情性质各不相同。

科学所从事的是观察某些控制物理现象的一般条件，而宗教则完全沉浸于道德与美学价值的玄思中。

一方面拥有的是引力定律，另一方面拥有的则是神性的美的玄思。

一方面看见的东西另一方面没有看见，而另一方面看见的东西这一方面又没有看见。

（怀特海《科学与近代世界》）。

理性主义使人类不断摆脱着蒙昧，同时也使人类遭受着从未有过的心灵绝望，就比如“熵增定律”。

1981年，美国出版了一本轰动一时的著作：《熵：一种新的世界观》，从而将熵的概念从自然科学范畴推演到了人类的社会学，有科学家断言：熵增定律最终控制着政治制度的兴盛和衰亡，国家的自由和奴役，商业和实业的命运，贫困和富裕的起源，以及人类总的物质福利。

耗散结构理论及应用课件

公共危机管理
在社会危机管理中，政府应借鉴耗散结构理论，及时识别和解决潜在的风险和问题，促进社会系统的有序演化。通过建立有效的预警机制和应急响应体系，降低危机对社会的冲击。
对经济发展的策略建议
创新驱动发展
耗散结构理论强调系统的自组织性和创新性，这对于经济发展具有重要的启示。政府应鼓励企业加大研发投入，推动科技创新和产业升级，以实现经济的持续健康发展。
企业管理的熵减策略
总结词
企业管理的熵减策略
详细描述
企业管理中，熵减策略是指通过减少混乱和无序，增加组织的结构和秩序，提高组织的效率和绩效。这种策略可以借鉴耗散结构理论的思想，通过建立有效的信息交流和协作机制，促进企业的自组织和有序发展。
05
耗散结构理论的未来发展与挑战
理论完善与创新
01
非平衡态原理
总结词
非平衡态原理是耗散结构理论的另一个重要概念，它指出系统只有在远离平衡态的情况下才能展现出有序的结构和功能。
详细描述
非平衡态原理认为，平衡态或近平衡态的系统缺乏活力，无法产生新的结构和功能。只有当系统处于非平衡态时，才能产生自组织的有序结构。这是因为非平衡态条件下，系统内部的不稳定性会导致能量和物质的流动，从而促使系统内部相互作用和演化。非平
该理论强调系统内部各要素之间的相互作用和协同演化，以及系统与外界环境的相互影响和制约。
耗散结构理论的核心概念包括熵、熵增原理、负熵流、自组织等，这些概念对于理解系统的演化规律和机制具有重要意义。
理论发展历程
01
耗散结构理论的起源可以追溯到20世纪初，当时科学家们开始关注非平衡态系统的行为和演化。
03
耗散结构理论的应用领域
生态学

耗散结构

可见，要理解耗散结构理论，关键是弄清楚如下几个概念：远离平衡态、非线性、开放系统、涨衡态是相对于平衡态和近平衡态而言的。平衡态是指系统各处可测的宏观物理性质均匀(即可逆过程)的状态。远离平衡态是指系统内可测的物理性质极不均匀的状态。耗散结构理论所给出的系统是一个高熵产的、宏观上有序的状态。
复杂系统的结构更迭就是因为开放系统具有“耦合”功能，它可以共同加强微小涨落，最后使之成长为“巨涨落”，从而形成新的结构。

开放系统

热力学第二定律告诉我们，一个孤立系统的熵一定会随时间而增大，熵达到极大值，系统达到最无序的平衡态，所以孤立系统绝不会出现耗散结构。那么开放系统为什么会出现本质上不同于孤立系统的行为呢？

突变

在临界值处，原热力学分支失衡，产生新的稳定的耗散结构分支，在这一过程中系统从热力学混沌状态转变为有序的耗散结构状态，其间微小的涨落起到了关键的作用。这种在临界点附近控制参数的微小改变导致系统状态明显的大幅度变化的现象，叫做突变。耗散结构的出现都是以突变方式实现的。
奇怪吸引子
但系统在每一时刻的实际测度并不都精确地处于这些平均值上，而是或多或少有些偏差，这些与平均值的偏差就叫涨落，涨落是偶然的、杂乱无章的、随机的。

在正常情况下，由于热力学系统相对于其子系统来说非常大，这时涨落相对于平均值是很小的，这些涨落可以被忽略掉。然而，在临界点附近，情况就大不相同了，这时涨落可能不自生自灭，而是被不稳定的系统放大，最后促使系统达到新的宏观态。
耗散结构

耗散结构是指处在远离平衡态的、复杂的系统，在外界能量流或物质流的维持下，通过自组织形成的一种新的有序结构。

熵

熵熵增原理就是在孤立热力系所发生的不可逆微变化过程中，熵的变化量永远大于系统从热源吸收的热量与热源的热力学温度之比。

可用于度量过程存在不可逆性的程度在科学中有三个基本定律，即质量守恒定律，能量守恒定律和电荷守恒定律。

质量、能量守恒定律在微观领域又被推广为质、能相关定律。

质量守恒定律，能量守恒定律和质能相关定律在数学上表示为等式。

熵增定律则是不等式, 即在孤立系中, 熵增总是大于或等于零( △S ≥ 0) 。

通俗讲，熵指的是体系的混乱的程度...熵就是描述我们丧失的能有效做功的能量。

由于在孤立系中熵总是增加的，而熵是混乱度。

那么，系统在孤立情况下总是自动地趋向于混乱与无序，这就与生物的有序化发展产生矛盾，出现克劳胥斯与达尔文的分裂。

由于熵总是增加的，因而过程就出现单一的时间之矢，从而是不可逆的，这就与牛顿力学的可逆时间产生矛盾，出现牛顿、爱因斯坦与普里戈金、哈肯的分裂。

熵总是联系着大量子系统，而人类社会正是这样一个复杂的体系。

在人类社会中不仅有熵增，而且有熵减，这就使关于人类的科学与整个自然科学产生分歧，出现自然科学与人文科学的矛盾。

质量守恒定律和能量守恒定律是自然界的普适定律，而熵增定律则适合于热力学孤立体系。

任一质点或任一质点系都适合于质量守恒定律和能量守恒定律，但一个质点就谈不上熵增，非孤立体系的熵也不一定增加。

熵增原理的悖论一、熵增原理和热力学第二定律。

1950年，德国物理学家R.J.E.克劳修斯首先提出了熵的概念。

熵就是温比热量，是热量的变化除以绝对温度所得的商，也就是热力学系统平衡态的状态函数。

熵量则是无序程度的量度。

R.J.E.克劳修斯提出熵的概念后，从热量传递的方向性角度，提出了热力学第二定律的表述：热量不可能自发地、不花任何代价地从低温物体传向高温物体。

克劳修斯表述的热力学第二定律亦称熵量增加原理：dS≥dQ/T。

其中dS为初态和终态均为平衡态的某过程的熵变，dQ为在此过程中热量的变化，T为温度，不等号＞表示不可逆过程，等号＝表示可逆过程。

熵增定律：理解万物内在发展的终极思维

如果物理学只能留一条定律，我会留熵增定律。

说这句话的人叫吴国盛，清华大学的科学史系主任。

另外一位吴姓牛人，毕业于清华大学及约翰霍普金斯大学，写了《浪潮之巅》《数学之美》等十多本畅销书的跨界达人吴军，也说过类似的话，他说如果地球毁灭了，我们怎么能够在一张名片上写下地球文明的全部精髓，让其它文明知道我们曾有过这个文明呢？吴博士给出的答案是三个公式：1+1=2（代表了数学文明）E=mc（爱因斯坦的质能方程）S=-∑ P ln P(熵的定义)熵的定义居然与大名鼎鼎的相对论相提并论，可见这个概念的重要性。

如果说有什么定律能解释这世间万物基本的运动发展规律，那么熵增定律将是我看过的目前为止最好的描述，不负两位吴姓专家的盛赞。

01.什么是熵增定律熵（Entropy）概念最早在1865年由德国物理学家克劳修斯提出，用以度量一个系统“内在的混乱程度”，可以理解为：系统中的无效能量。

热力学第一定律，也称能量守恒定律，这个我们在初中物理书学过。

再来看看热力学第二定律（second law of thermodynamics）：克劳修斯表述为：热量不能自发地从低温物体转移到高温物体。

开尔文表述为：不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响。

热力学第二定律也称熵增原理：不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零。

在自然过程中，一个孤立系统的总混乱度（即“熵”）不会减小。

解释得再直白些就是：虽然能量可以转化，但是无法100%利用。

举个例子：我们用一堆柴火烧开水，在这个过程中，总有一部分能量没有转化为水中的热量，被损耗丧失在空间中，没有办法利用，这部分能量是不可逆的，而且永远在增加。

正是这部分不可逆的能量损耗，导致封闭空间中的混乱度增加，最终达到完全的无序化。

引导出我们所需要讨论的熵增定律：一切事物在没有外界干扰的情况下，会从有序走向无序的状态。

对于非生命体：一间房子，没人收拾，会慢慢变脏变乱。

一辆车，没人维护，会一直磨损变旧直到报废。

大学物理：chap6-6 熵熵增加原理

牛顿力学相对论力学量子力学
时间反演对称
t t 方程形式不变
可用来说明将来，可用于说明过去
热力学——不具有时间反演对称性
时间指向——无序性增加（S↑）的方向
热力学时间箭头心理学时间箭头宇宙学时间箭头
彼此一致
6.熵与耗散结构远离平衡态的开放系统可实现无序
例：贝纳德对流
有序
T2 > T1
3. 卡诺循环，热机效率和制冷系数
4. 热力学第二定律：表述，本质，统计意义
对孤立系统 dQ 0
S 0
= 对应可逆过程 > 对应不可逆过程
一切自发的宏观热力学过程不可逆 S 0
即玻尔兹曼熵增加原理
3.熵的计算
1）如果系统经历的过程不可逆，那么可以在始末状态之间设想某一可逆过程 Nhomakorabea以设想的过
程为积分路径求出熵变；
dS
dQ
T
可逆
S2
S1
2
1
dQ T
可逆
2）如果系统由几部分组成，各部分熵变之和等
实际热力学过程都是不可逆的
完全转换 100%
有序运动能量
无序运动能量
不完全转换 100%
品质高，做功、转换能力强，可利用价值高。
品质低，做功、转换能力弱，可利用价值低。
S：从反面，运动不能转化方面来量度转化能力，表
示转化已经完成的程度，能量丧失其转化能力的程度
熵越大，系统的能量中不再可供利用的部分就越多，所以熵表示系统内部能量的“退化” 或“贬值”，即熵是能量不可利用程度的量度。能量不仅有形式上的不同，而且还有质的差别。机械能和电磁能是可以被全部利用的有序能量，而内能是不能全部转化的无序能量。

熵增原理与耗散结构ppt课件

• 生命的衰竭___ 疾病生理失调（熵增） • 生命的整个过程是熵增的结果。
19
企业的生命周期
• 创业期 • 成长期 • 成熟期 • 衰退期
20
从有序到混沌
能源
21
熵增不可逆但可以延缓
22
熵增不可逆但必须延缓
• 节能减排 • 循环经济 • 可持续发展
23
熵增不可逆但可以延缓
热电联产：减少冷源损失
4
热力学第二定律（克劳修斯德国 1822－1888年）
热不可能自发地从低温传到高温。
热不可能100%转化为功，热转化为功需要附加条件---冷端损失。
热机工作时，不但要有提供能
量的热源，还要有供释放低温
热量的冷源。
5
热力学第二定律
（开尔文英国1824-1907 ）
在孤立系统中，不可能从单一热源取热做功，而不产生任何损失。
12
熵增
只要有热量从系统内的高温物体流向低温物体，系统的熵就会增加：
S =∫dQ1/T1+∫dQ2/T2
假设dQ1是高温物体的热减量，T1是其绝对温度； dQ2是低温物体的热增量，T2是其绝对温度，
则：dQ1 = -dQ2，T1>T2 于是上式推演为：S = |∫dQ2/T2|-
|∫dQ1/T1| > 0 熵增是一个自发的不可逆过程
13
能量守恒但品位下降
• 火力发电---损失约60%的低
位热能，才将40%高位热能转化为电（功）。
• 水泥---将有活性的石灰石变成
没有活性的混凝士。
• 塑料---将有大量化学能的石油
变成少能量的塑料。Q
• 钢铁---
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利用耗散结构的熵增原理来释权食品腐败变质的机制

食品保鲜
食品研究与开发
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相互影响。脂肪、蛋白质、碳水化合物简单的反应关［!］如下图 "：系
从以上分析：大多数食品都是一个复杂的体系，食品的组成、各层次的构造都是有序的，都是开放的非平衡系统的耗散结构。 ! 引起食品腐败变质的主要因素食品腐败变质的原因很复杂，造成食品腐败的［#］因素有外来因素和内在因素。内在的因素，主要包括食品自身的酶作用和各种理化作用的影响，包括酶促褐变、非酶促褐变、蛋白质的水解、脂肪的氧化作用等；外来的因素，主要指生物学因素（空气和土壤中的微生物、害虫等）和物理因素（温度水分、光等，也是诱发和促进化学反应的原因）。造成食品腐败跟食品的种类、品种、组织结构、组成成分、生理和生化反应（呼吸、褐变、失水、水解、氧化、各种酶反［$］应）等要素有关；而且还跟外界环境和加工条件、加工技术的水平等有关，如低温、压力、氧气、光线、添加的各种保鲜剂和防腐剂、微生物、包装等要素。每一因素可看作为一个影响影响食品腐败的子系统而独立存在，每个子系统之间具有加和性和非加和性，它并不是简单的一种结构内的分层排布现象，而是［%］通过耦合关系，经过物质、能量、信息的交换而彼此约束、协同和放大来构成一个完整的食品系统。现在科学已证明：造成食品腐败变质主要原因是化学反应和微生物，特别是微生物的介入，导致并促进食品腐败变质。但由于食品系统是一个非平衡开放系统，又是一个高级的耗散结构，其中任何因素极微小的［%］涨落都会使系统一去不复返地离开稳定状态，极易造成食品腐败变质。这说明：食品腐败是非常复杂的，任何微小的因素都有可能导致腐败变质。 " 食品的熵变食品是一个与周围环境有着相互依存、相互作用的开放系统，根据不可逆过程热力学，普利高津［&、 ’(%］的熵变公式可写作： )*+),*-).* 其中 ),* 表示 )/ 时间内食品系统通过代谢活动（外界交换能量、物质和信息）由外界引入的熵，叫熵流，其值可正、可负亦可为 0， ).* 表示 )/ 时间内食品系统内的产生的熵，是由食品内部各种不可逆过程引起的，叫熵产生 1&2 ，其数值恒为正。食品腐败情况可用 )*+),*-).* 进行讨论，包括以下 # 种： $3& )*40 即 ).*45),*，这时食品系统所引入的负熵

熵产生与耗散结构

熵产生与耗散结构熵产生和耗散结构是热力学中的两个重要概念，它们对于理解自然界的各种现象具有重要意义。

在不涉及政治的前提下，本文将分别介绍熵产生和耗散结构的概念，并探讨它们之间的关系。

一、熵产生的本质熵是热力学的基本量，用以衡量系统的混乱程度。

热力学第二定律指出，熵在一个孤立系统中总是增加的，而不会减少。

这意味着，自然界的趋势是朝着更高的熵方向发展。

熵产生的本质可以从微观和宏观两个层面来理解。

从微观层面看，分子的热运动会导致能量的扩散和混合，从而增加熵。

热力学第二定律可以用来描述这种微观行为。

从宏观层面看，社会、经济和生态系统中的各种过程都会导致能量、物质和信息的扩散，从而增加系统的熵。

二、耗散结构的涵义与熵产生相对应的是耗散结构。

耗散结构是指一个开放的系统在与外界交换能量、物质和信息的过程中，通过自组织和调节机制形成的有序结构。

在这种结构中，系统内部的熵增加被外部环境所消耗，系统能够维持稳定的状态。

以人类社会为例，社会的各个领域都是由大量的个体组成的开放系统。

在这个系统中，能量和物质的流动、信息的交换都起着重要作用。

社会的各种组织形式，如政府、企业、家庭等，都可以被看作是耗散结构。

这些结构通过自组织和调节机制来维持社会的稳定运行。

三、熵产生与耗散结构的关系熵的增加和耗散结构的形成似乎是矛盾的，但它们实际上是相互依存的。

熵产生和耗散结构是自然界中存在的普遍规律，它们共同推动着系统的演化。

熵的增加是自然界不可逆的趋势，它使得系统向着更高的混乱程度发展。

然而，正是由于熵的增加，系统才会产生更多的耗散结构。

耗散结构通过消耗和分散能量、物质和信息来维持系统的有序结构。

这种有序结构的稳定性，在很大程度上依赖于熵产生的速率。

在自然界中，我们可以观察到许多具有明显耗散结构的现象，如涡旋、生物群落、大气环流等等。

这些现象的形成和稳定性都与熵的产生密切相关。

换言之，自然界的有序结构是通过熵的增加而产生的。

总结起来，熵产生和耗散结构是热力学中的两个重要概念。

熵增原理的应用

熵增原理的应用熵增原理是一条与能量守恒有同等地位的物理学原理。

熵增原理是适合热力学孤立体系的，能量守恒定律是描述自然界普遍适用的定律。

熵增定律仅适合于孤立体系，这是问题的关键。

实际上，绝对的联系和相对的孤立的综合，才是事物运动的本质。

虽然从处理方法上讲，假定自然界存在孤立过程是可以的。

但是从本质上讲，把某一事物从自然界中孤立出来是带有主观色彩的。

当系统不再人为地被孤立的时候，它就不再是只有熵增，而是既有熵增，又有熵减了。

于是可以看到能量守恒定律仍然有效。

熵总是联系着大量子系统，而人类社会正是这样一个复杂的体系。

在人类社会中不仅有熵增，而且有熵减，这就使关于人类的科学与整个自然科学产生分歧，出现自然科学与人文科学的矛盾。

我们知道，在科学中有三个基本定律，即质量守恒定律，能量守恒定律和熵增定律。

质量、能量守恒定律在微观领域又被推广为质、能相关定律。

质量守恒定律，能量守恒定律和质能相关定律在数学上表示为等式。

而熵增定律则是不等式 , 即在孤立系中 , 熵增总是大于或等于零( △S ≥0) 。

在这种等式与不等式的差别中，隐含着深刻的意义。

1867年克劳修斯曾表述这样的思想“宇宙的能永远守恒，宇宙的熵永远增大”，“宇宙的熵处于极大，进一步变化的能力就越小，如果最后达到极限状态，那就任何进一步的变化都不会发生了，这个宇宙将进入一个死寂的，永恒的状态”克劳修斯的表述便是“热寂说”的最初由来。

现在的宇宙学和宇宙发展的客观事实都说明了“热寂说”是错误的，这似乎说明热力学第二定律与宇宙学不相容。

热力学与宇宙学相容的关键之一是宇宙在膨胀。

考虑一种简单情况，在一定空间里有两种物质，比如一种是辐射，一种是粒子。

（在高一物理教材的绪言中有这样一段话：在宇宙大爆炸的开初，有的只是极高温的热辐射和其中隐现的高能粒子……）如果两类物质的温度不同，即辐射温度Tr≠粒子温度Tm，显然，按照热力学，经过一段时间后将会是Tr=Tm。

可是如果上述空间不断膨胀，结论会完全不同。

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