不可逆过程热力学理论
不可逆过程热力学
闭系与开系, Q deS T d e S 0 吸热过程 d e S di S 0
di S 不可逆产生熵 d e S 0 放热过程
流→熵平衡方程
s S sd , J S t J S 熵流密度 局域熵产生率 dS d s sd d dt dt t J S d J S d d
1 , Jq T T 1 Xq , Jq Xq T 热传导满足傅里叶定律 J q T ,
2 1 T Jq 0 2 T T 局域熵产生率是恒正的 Jq s 1 ds ds J q e i t T T dt dt
dSe dSi dt dt
例一热传导过程 u J q , ( J q 热流密度 ) t Tds du ( 基本方程 ) s 1 u 1 Jq t T t T Jq 1 1 Jq Jq T T T Jq s 1 种不均匀性存在的时候， 如T，n 都存在时
• T热流（热导）和粒子流（热扩散） • n粒子流（扩散）和热流（力热效应） • 不均匀性间可产生交叉作用，这是由实验所测 定出的被多位科学家所观测到 • 昂萨格将其归纳为一个唯象规律，并假定交叉 项的唯象系数相等，这点不能由热力学证明， 但可在统计物理中得到证明
s J s t Jq s 1 Jn J q t T T T 熵流 温度梯度 化学势梯度 Jq Js 熵流 T 1 J J q n 局域熵产生率 T T 1 1 定义X q , X n T T J q X q Jn X n Ji Xi
熵产生原理与不可逆过程热力学简介
熵产生原理与不可逆过程热力学简介一、熵产生原理（Principle of Entropy-Production ）熵增加原理是热力学第二定律的熵表述。
而这个原理用于判断任一给定过程能否发生，仅限于此过程发生在孤立体系内。
而对于给定的封闭体系中，要判断任一给定的过程是否能够发生，除了要计算出体系内部的熵变，同时还要求出环境的熵变，然后求总体的熵变。
这个过程就相当于把环境当成一个巨大的热源，然后与封闭体系结合在一起当成孤立体系研究。
但是一般来说，绝对的孤立体系是不可能实现的。
就以地球而言，任何时刻，宇宙射线或高能粒子不断地射到地球上。
另外，敞开体系也不能忽视，就以生物体为例，需要不停地与环境进行物质交换，这样才能保证它们的生存。
1945年比利时人I. Prigogine 将热力学第二定律中的熵增加原理进行了推广，使之能够应用于任何体系（封闭的、敞开的和孤立的）。
任何一个热力学体系在平衡态时，描述系统混乱度的状态函数S 有唯一确定值，而这个状态函数可以写成两部分的和，分别称为外熵变和内熵变。
外熵变是由体系与环境通过界面进行热交换和物质交换时进入或流出体系的熵流所引起的。
熵流（entropy flux ）的概念把熵当作一种流体，就像是历史上曾经把热当作流体一样。
内熵变则是由于体系内部发生的不可逆过程（例如，热传导、扩散、化学反应等）所引起的熵产生（entropy-production ）。
由上述的概念，可以得到在任意体系中发生的一个微小过程，有：S d S d dS i e sys +==S d T Qi +δ (1-1)，式中S d e 代表外熵变，S d i 代表内熵变。
这样子就将熵增加原理推广到了熵产生原理。
而判断体系中反应的进行，与熵增加原理一致，即0≥S d i （> 不可逆过程；= 可逆过程） (1-2)而文字的表述就是：“体系的熵产生永不为负值，在可逆过程中为0，在不可逆过程中大于0”。
熵产生原理与不可逆过程热力学简介
熵产生原理与不可逆过程热力学简介一、熵产生原理（Principle of Entropy-Production ）熵增加原理是热力学第二定律的熵表述。
而这个原理用于判断任一给定过程能否发生，仅限于此过程发生在孤立体系内。
而对于给定的封闭体系中，要判断任一给定的过程是否能够发生，除了要计算出体系内部的熵变，同时还要求出环境的熵变，然后求总体的熵变。
这个过程就相当于把环境当成一个巨大的热源，然后与封闭体系结合在一起当成孤立体系研究。
但是一般来说，绝对的孤立体系是不可能实现的。
就以地球而言，任何时刻，宇宙射线或高能粒子不断地射到地球上。
另外，敞开体系也不能忽视，就以生物体为例，需要不停地与环境进行物质交换，这样才能保证它们的生存。
1945年比利时人I. Prigogine 将热力学第二定律中的熵增加原理进行了推广，使之能够应用于任何体系（封闭的、敞开的和孤立的）。
任何一个热力学体系在平衡态时，描述系统混乱度的状态函数S 有唯一确定值，而这个状态函数可以写成两部分的和，分别称为外熵变和内熵变。
外熵变是由体系与环境通过界面进行热交换和物质交换时进入或流出体系的熵流所引起的。
熵流（entropy flux ）的概念把熵当作一种流体，就像是历史上曾经把热当作流体一样。
内熵变则是由于体系内部发生的不可逆过程（例如，热传导、扩散、化学反应等）所引起的熵产生（entropy-production ）。
由上述的概念，可以得到在任意体系中发生的一个微小过程，有：S d S d dS i e sys +==S d T Qi +δ (1-1)，式中S d e 代表外熵变，S d i 代表内熵变。
这样子就将熵增加原理推广到了熵产生原理。
而判断体系中反应的进行，与熵增加原理一致，即0≥S d i （> 不可逆过程；= 可逆过程） (1-2)而文字的表述就是：“体系的熵产生永不为负值，在可逆过程中为0，在不可逆过程中大于0”。
不可逆过程热力学理论
不可逆过程热力学理论不可逆过程热力学理论是热力学中的一个重要分支，其研究的是热力学系统内发生的不可逆现象以及相关的热力学性质。
不可逆过程热力学理论的研究对于理解自然界中众多的不可逆现象以及提升工程和技术应用中的能量转化效率具有重要的意义。
不可逆过程是指系统从一个平衡态转变为另一个平衡态的过程中，如果与其它系统或者外界接触，将会引起系统与外界间的能量、质量和动量交换，从而导致系统和外界不可逆的相互作用。
热力学第二定律给出了不可逆过程的现象以及其对应的熵变表达式，即系统熵的增加不可逆性，是不可逆过程的基础。
不可逆过程热力学理论的核心是热力学第二定律，熵的概念扮演了重要的角色。
熵是一个用来描述系统无序程度的物理量，可以理解为一个系统的混乱程度。
熵的增加意味着一个系统朝着更加无序的状态发展，而熵的减少则意味着系统趋向于更加有序的状态。
根据热力学第二定律，任何一个孤立系统的熵都不会减少，而只能增加或者保持不变。
根据热力学第二定律，熵的增加是自然界中不可逆过程的普遍规律。
这种熵的增加与热能的转化损失和散逸有关，说明不可逆过程中存在着能量转化的低效率。
以摩擦力产生的热量为例，其中大部分能量不会转化为有用的功，而是以废热的形式散失到周围环境中，从而增加了系统以及它所处的环境的熵。
不可逆过程热力学理论除了熵的概念，还引入了其他一些相关的量，如化学势、耗散函数等来描述系统的性质。
化学势是一个描述系统中粒子数变化的重要物理量，它对不可逆过程中物质的转化和输运有着重要的作用。
耗散函数是描述系统内部、系统与环境之间能量转化的过程中所损失的能量的函数。
耗散函数的引入极大地提升了对不可逆过程的研究和描述的能力。
不可逆过程热力学理论的研究对于众多领域都具有重要的应用价值。
在工程和技术中，不可逆过程热力学理论可以用来分析和优化能源转化系统的效率，提升能源利用的效率。
此外，不可逆过程热力学理论也可以应用于生物学、化学、地理学等领域中的研究，分析和解释不同过程中的不可逆现象，提供理论支持和指导。
不可逆过程热力学的基础理论及应用
不可逆过程热力学的基础理论及应用热力学是物理学的重要分支之一，它研究的是物质的热现象。
在生产生活中，我们经常需要利用热力学知识来解决各种实际问题。
作为热力学的一个重要分支，不可逆过程热力学是热力学中的研究热现象的一个重要方向。
一、不可逆过程热力学的基础理论不可逆过程热力学是热力学中研究不可逆过程的一门学问。
热力学的基本定律是能量守恒定律和熵增定律。
能量守恒定律是指一个系统中能量的总和是不变的。
熵增定律是指一个封闭系统中，不可逆过程引起的熵增是不可避免的。
为了解释不可逆过程，我们必须引入热力学中的“热力学势”。
在热力学中，我们用能量变化加上各种势引起的效应来描述热现象。
例如，由于压缩会引起一些能量的变化，所以我们必须考虑压力势。
同样，化学反应也会引起能量的变化，所以我们必须考虑化学势。
不可逆过程热力学的基础理论中还有一个非常重要的概念：熵。
熵可以用来度量系统的混乱程度。
换句话说，熵是系统不可逆性的度量。
在任何封闭系统中，熵总是增加的。
这就是热力学中的熵增定律。
二、不可逆过程热力学的应用在实际应用中，不可逆过程热力学是非常重要的。
下面我们来看两个例子。
1.汽车发动机汽车发动机是一个热力学系统。
它把燃料的能量转化为机械能。
发动机的工作过程中，需要做的功就是从燃料中获得能量并将其转化为机械能。
这个过程是可逆的。
但是，在实际应用中，发动机的工作过程中会发生很多不可逆过程，例如摩擦、冷却等。
这些不可逆过程会引起熵的增加，从而降低发动机的效率。
因此，如果我们想让汽车的效率更高，就必须尽量降低不可逆过程的发生。
2.制冷系统冰箱、空调和水冷机等制冷系统也是热力学系统。
它们的主要工作原理是利用制冷剂的相变和热力学循环来达到降温的效果。
这个过程本身是可逆的。
但是，在实际应用中，制冷系统也会发生很多不可逆过程。
例如，在制冷循环中，制冷剂会发生不可逆的摩擦和热传递等过程，从而引起熵的增加。
因此，为了提高制冷系统的效率，我们必须尽量消除不可逆过程。
热力学知识：热力学中的可逆过程和热不可逆过程
热力学知识：热力学中的可逆过程和热不可逆过程热力学中的可逆过程和热不可逆过程热力学是一门研究热力学系统、热力学宏观性质以及宏观演化规律的学科，热力学系统的运动是由能量和熵这两个概念来描述的。
在热力学中，过程可以分为可逆过程和热不可逆过程。
本文将从这两个方面来介绍热力学中可逆过程和热不可逆过程的概念、特征、应用以及在能源利用方面的问题。
一、可逆过程在热力学中，可逆过程（reversible process）是指将系统从一个平衡状态转化为另一个平衡状态的过程，使系统在整个过程中可逆，即过程可以在任意时间段内反转。
换句话说，可逆过程是能够通过微小的变化来实现状态的逆转。
在可逆过程中，系统中的能量守恒，系统的熵保持不变。
可逆过程具有以下三个特征：1.可逆性：在可逆过程中，熵增加的总量等于零，即系统的熵是不变的。
2.回弹性：如果发生扰动，系统要回到原来的状态，力与位移的乘积负责抵消了失去的能量。
3.经济性：可逆过程的能量损失极小，因为它们是先被吸收然后又被释放的，之间进行循环。
可逆过程适用于理想热机和理想气体的等温和等容过程。
二、热不可逆过程热不可逆过程（irreversible process）是指系统从一个非平衡状态转化到另一个平衡状态的过程，使过程中的能量不仅仅由于热传递而流失，还有其他形式损失，如机械运动、电能、声能等都可能造成。
换句话说，热不可逆过程是一种不可逆转的过程，系统中的熵不断增加。
热不可逆过程具有以下特征：1.时间不可逆性：热不可逆过程是一种有向过程，时间流逝方向不能改变。
2.能量不可恢复性：热不可逆过程导致一部分能量被消耗，不能恢复。
3.热不可逆性：热不可逆过程不能通过温度较低的物体获得能量，因为物体已经到达平衡状态。
热不可逆过程适用于热机和汽车发动机的实际和现实气体过程，可以产生功和效率。
三、应用热力学中的可逆过程和热不可逆过程在生产和制造过程、环境和能源开发方面具有重要应用。
1.生产和制造过程在生产和制造过程中，通过对物质的传递和变换来获得更高的效率和更高的产量，但是这些过程总是会导致能量的消耗和浪费。
04 不可逆过程的热力学
deS为体系与环境所交换的熵，其符号可正，可负，可为零。
过程的耦合：
熵是一个广度性质，若将一个体系划分为几个部分，则体系的 总熵应为各部分熵变的总和： diS=(diS)j (6) 若把每个小部分视为一个小的体系，其内部的熵变均不会小于 零： (diS)j 0 故对于任何体系，不论将体系如何划分，均不可能出现下列情 况： (diS)1 0 (diS)2 0 [di(S1+S2)] 0 即体系的任一局部，其熵的内部变化(diS)均遵守熵增定律。
( A A1i A2 j A3k )
流密度是一个矢量场；散度是一个标量场。
比较(3)式和(4)式，dQ/dt应该是相等的，故有：
（ Q t, r ) t
jQ (t , r )
(5)
(5)式即为守恒量所遵守的一般连续性方程。
2、质量守恒方程：
体系中各组分的质量的变化途径一般有两种：
第四章 非平衡态热力学
（不可逆过程的热力学）
平衡态热力学回顾
一、热力学第一定律
dE = Q－ W (1) 式中：E：体系的内能；Q：热量；W：功。 对于孤立体系，有： dE=0 (E为恒量) 对于一般体系，因为体系与环境间存在能量的交换，故内能E 的值是不断变动的，体系内能的变化可以分为两项： diE：体系内部过程所引起的内能变化； deE：与环境的交换引起的内能变化。 而diE相当于孤立体系的内能的变化，由热力学第一定律，孤 立体系的内能是恒定的： diE 0 (2)
一、非平衡态体系状态的描述：
在经典热力学中，相图中的相点描述的是热力学平衡态，非平 衡态在相图中无法表示。究其原因： 平衡态只需要极少数变量就可完全确定其状态，如理想气体: 用(T,V,N)或(T,p,V) 就可完全决定确定其平衡态的性质，而 不可能确定其非平衡态的性质。
热力学中的可逆和不可逆过程
热力学中的可逆和不可逆过程热力学是研究热能转化和传递的科学，而在热力学中，可逆和不可逆过程是两个重要的概念。
可逆过程是指在热力学系统中，从一个平衡状态到另一个平衡状态的过程，而不可逆过程则是指不能以逆向的方式进行的过程。
本文将探讨可逆和不可逆过程的概念及其在热力学中的应用。
可逆过程在热力学中扮演着重要的角色。
一方面，可逆过程是理想化的过程，它在理论上能够达到最高效率。
另一方面，可逆过程也是严格可控的过程，可以通过微观调节来实现。
一个典型的可逆过程是等温过程，它是指系统与周围环境温度相同时进行的过程。
在等温过程中，系统的温度保持不变，内外压力之间通过微小的压缩或膨胀来平衡，这种过程可以通过热源和冷源之间的相互作用来实现。
与可逆过程相反，不可逆过程是系统在无法实现最高效率的条件下进行的过程。
不可逆过程是真实系统中常见的过程，其特点是熵的增加。
熵是一个热力学量，用来衡量系统的混乱度或无序程度。
在不可逆过程中，熵会增加，而在可逆过程中，熵保持不变。
一个常见的不可逆过程是热传导，它指的是热量从高温区域传递到低温区域的过程。
热传导是不可逆的，因为热量的自发传递只能发生从高温到低温的方向，而无法反向发生。
可逆过程和不可逆过程在热力学中有许多应用。
其中一个重要的应用是热力学循环的分析。
热力学循环是指一系列可逆和不可逆过程组成的过程，它们经过一些操作，使得系统最终返回到初始状态。
在热力学循环中，可逆过程被广泛应用于理想化的汽车发动机和热力发电厂等设备中。
由于可逆过程具有最高效率，因此通过优化循环中的可逆过程，可以提高整个系统的能源利用率。
另一个与可逆过程和不可逆过程相关的应用是热力学第二定律和熵的研究。
热力学第二定律是热力学中最重要的定律之一，它规定了自然界中热量传递的方向和限制。
根据热力学第二定律，孤立系统中熵总是增加的，不可逆过程总是发生的。
通过熵的概念，我们可以对不可逆过程的特性进行定量分析，并对自然界中的能量转化过程进行限制和优化。
热力学第二定律热力学过程的不可逆性与熵的增加
热力学第二定律热力学过程的不可逆性与熵的增加热力学第二定律是热力学中的基本原理之一，它揭示了自然界中不可逆过程的存在与发展趋势。
熵是描述系统无序度的物理量，它与热力学第二定律密切相关。
本文将从理论和实际案例两个方面，详细探讨热力学第二定律的不可逆性以及熵的增加。
一、理论阐述热力学第二定律指出，在孤立系统中，不可逆过程是自然界中普遍存在的现象。
不可逆过程是指系统从一个状态经过某一个过程转变为另一个状态时，无法回到原来的状态。
这种过程中，系统的能量转化并不完全，会伴随着能量的损失，而系统的熵则会增加。
熵是一个描述系统无序度的物理量，它与系统状态的发展方向密切相关。
根据热力学第二定律的表述，孤立系统熵的增加是一个不可逆过程的普遍趋势。
简单地说，系统的熵增加代表着系统逐渐朝着无序的方向发展。
熵的增加可以通过统计力学的观点进行解释。
根据统计学原理，系统的微观状态数目与其熵成正比。
在不可逆过程中，系统会从相对有序到相对无序的状态转变，这种状态转变意味着系统的微观状态数目增加，从而导致熵的增加。
二、实际案例在现实世界中，有许多与热力学第二定律的不可逆性和熵增加相关的实际案例。
1.热传导热传导是热力学中最常见的不可逆过程之一，也是熵增加的典型示例。
当两个物体处于不同的温度下，它们之间的热传导会使温度逐渐趋于一致。
在这个过程中，系统的能量无法完全转化，而且整个系统的熵会增加。
2.化学反应化学反应中的不可逆性和熵增加也是热力学第二定律的体现。
在一个化学反应中，反应物会发生转化，并释放出能量。
然而，在这个过程中，部分能量会以无用热量的形式散失，无法完全转化为有用的化学能。
同时，化学反应会导致物质从有序状态转变为无序状态，从而使系统的熵增加。
3.能量转换能量转换过程中的不可逆性同样与熵的增加密切相关。
例如，热能转化为机械能的过程中，由于摩擦等因素的存在，能量的转化并不完全，从而导致能量的损失和系统的熵增加。
三、熵增加的实际意义熵的增加代表着系统朝着更加无序的状态发展，这与现实世界中的物质变化趋势相一致。
热力学不可逆过程
热力学不可逆过程
热力学不可逆过程指的是在过程中存在不可逆性质，无法完全恢复原状态的热力学过程。
这些过程通常涉及能量的转化和熵的增加。
在热力学中，可逆过程是指系统从初始状态经过一系列无限小的变化，最终返回到原始状态，而系统和环境之间没有净热量和净功的交换。
可逆过程是理想的热力学过程，但在现实中很少发生。
相对于可逆过程，不可逆过程在经历变化后无法恢复到原来的状态，其特点是存在熵的增加。
熵是热力学中用来描述系统无序程度的量，不可逆过程的熵增表示系统和环境之间的热量流失，熵增的趋势是系统朝着更高的无序状态发展。
不可逆过程的一个常见例子是热传导，对于两个具有不同温度的物体，它们之间存在温度梯度，热量会从高温物体流向低温物体，直到两个物体达到热平衡。
这个过程是不可逆的，因为它违反了热量只能从高温向低温传递的热力学第二定律。
另一个例子是气体的膨胀过程，当气体被压缩时，其分子间的相互作用增加，熵减少；而当气体膨胀时，其分子间的相互作用减小，熵增加。
由于不可逆性，系统无法在膨胀过程结束之后完全恢复到初始状态。
总而言之，热力学不可逆过程是指无法完全恢复初始状态且存
在熵增的热力学过程。
它们是现实世界中常见的过程，但与理想的可逆过程相比，存在着能量損失和无序增加的特点。
不可逆过程的热力学
不能用普适量描述非平衡体系的强度性质。
局域平衡假说
非平衡体系在宏观上一般处于运动和变化之中，体系内部是不 均匀的，其强度性质，如T，p等，在体系的不同区域往 往具有不同的数值。为了能对非平衡体系的状态给予准确 地描述，有必要引入以下假设： 对于总体上为非均匀的热力学非平衡体系，若将其分割成 无数个小的区域，则每个小的区域内的性质(如T,p等)可 以认为是近乎均匀的。假设把某小区域与其周围的体系隔 离开来，在刚隔离开的时刻t，此小区域仍处于非平衡态， 但经过极短时间dt之后，这个小区域内的分子便达到平衡 分布，即可认为此区域达到热力学平衡，故可给出此小区 域的所有热力学函数，并假定这套热力学量可以用来描述 此局域在时刻t的热力学状态。
式中为电势，e是电荷。
d S d S1 d S 2 d S3 ( d U ) ( d U ) d e ( ) d e [ ] [ ] T T T T T dU dU d e T T T T
deS为体系与环境所交换的熵，其符号可正，可负，可为零。
过程的耦合：
熵是一个广度性质，若将一个体系划分为几个部分，则体系的 总熵应为各部分熵变的总和： diS=(diS)j (6) 若把每个小部分视为一个小的体系，其内部的熵变均不会小于 零： (diS)j 0 故对于任何体系，不论将体系如何划分，均不可能出现下列情 况： (diS)1 0 (diS)2 0 [di(S1+S2)] 0 即体系的任一局部，其熵的内部变化(diS)均遵守熵增定律。
其中
1/ v
为质量密度。
热力学中的可逆过程与不可逆过程
热力学中的可逆过程与不可逆过程热力学是研究能量转化与能量传递的学科，涉及到了许多重要的概念与原理。
其中，可逆过程与不可逆过程是热力学中的两个重要概念，它们对于各个工程领域和自然科学研究都具有重要意义。
本文将就这两个概念进行探讨，旨在深入了解这两个过程的特点与应用。
一、可逆过程可逆过程是指在系统内发生的过程可以在给定的条件下以相同的顺序反转，达到与初始状态完全相同的过程。
简而言之，可逆过程是可逆的，可以在任何时候完全逆转过程而不产生任何不可逆性和额外的能量损失。
在可逆过程中，系统内的能量转化是无损失的。
一个典型的例子是理想气体的绝热膨胀和绝热压缩。
在绝热条件下，理想气体的膨胀和压缩可以看作是两个可逆过程。
在膨胀过程中，理想气体通过缓慢而均匀地将容器的体积扩大，外部环境对气体进行功的做用将气体的压强降低，使气体内部的分子自发地做功，气体的温度下降，最终达到平衡态。
而在绝热压缩过程中，正好相反，气体的体积缩小，温度升高，最终也可以达到平衡态。
整个过程中，无论是膨胀还是压缩，系统内的能量转化都是完全可逆的，没有能量损失。
二、不可逆过程不可逆过程与可逆过程相反，是指系统中发生的不能在给定条件下逆转的过程。
不可逆过程会导致能量的不可逆转化和能量损失。
在不可逆过程中，系统内的能量转化是有损失的。
例如，我们常见的阻力会造成机械系统的损耗。
当我们让车辆在水平面上运动时，车轮与地面之间的摩擦力会导致能量的损耗，这是一个不可逆过程。
无法将已经转化成摩擦热的能量再次转化回机械能。
另外，自然界中的热传导现象也是不可逆过程的一种。
热传导是指高温物体的热能通过接触媒介传递给低温物体的过程，这个过程是无法逆转的。
热传导的性质决定了热能会自发地从高温物体传递到低温物体，而不会相反。
不可逆过程是现实生活中普遍存在的，它们经常与能量转化和能量损失相关。
不可逆过程是因为存在各种能量转化的限制与损失，无法实现理想化的完全逆转。
三、可逆过程与不可逆过程的应用虽然不可逆过程存在能量转化损失的问题，但在实际应用中，不可逆过程却发挥了重要作用。
热力学中的热力学不可逆性的分析
热力学中的热力学不可逆性的分析热力学是研究能量转化和传递的科学领域，它研究的对象包括热力学平衡的系统以及热力学非平衡的过程。
而热力学不可逆性是指在热力学系统中存在的不可逆过程，即无法完全恢复到初始状态的过程。
本文将从理论和实践两个方面对热力学不可逆性进行分析并探讨其影响。
一、理论分析1. 熵增原理熵增原理是热力学中描述不可逆过程的重要定律，它指出在孤立系统中，总熵只能增加或保持不变，而不能减少。
这意味着自然界中的过程往往趋向于无序状态。
例如，将一个热杯放置在室温下，热量会从热杯传递到环境中，热杯的温度会逐渐降低，而环境的温度会逐渐升高，整个系统的熵会增加。
2. 热力学过程的可逆性和不可逆性热力学过程可以分为可逆过程和不可逆过程。
可逆过程是指系统在无限小时间内可逆转的过程，它的特点是完全可逆的能量转化，没有任何能量损失；而不可逆过程则是指系统在有限时间内发生的过程，它的特点是在能量转换中存在能量损失或转化不完全的情况。
例如，摩擦会使得机械能转化为热能，从而导致能量的损失。
3. 热力学不可逆性的来源热力学不可逆性可以从宏观和微观两个角度来解释。
宏观上，不可逆性来源于能量转化的损失和热量传递的不均匀。
微观上，不可逆性源于分子之间的碰撞和自由度的限制。
无论是宏观还是微观，不可逆性都与能量的散布和熵的增加有关。
二、实践分析1. 热机效率热机效率是评估热力学系统可逆性的重要指标，它定义为输出功率与输入热量之比。
根据卡诺热机的理论，理想情况下，热机效率达到最高值，而实际热机的效率则低于理论值。
这是由于热机存在摩擦、热损失和机械损耗等不可逆过程导致的。
2. 热传导热传导是热力学中常见的热量传递方式，它是指热量沿温度梯度的传递过程。
然而，在实际的热传导过程中，总会存在热阻和温度梯度的不均匀分布，从而导致能量的损失和系统熵值的增加。
3. 物质传输除了热传导，物质在热力学系统中的传输也存在不可逆性。
例如，溶质在溶液中的扩散过程，由于分子之间的碰撞和熵的增加，使得溶质难以完全均匀分布，从而导致不可逆性的发生。
热力学知识：热力学中可逆过程和不可逆过程
热力学知识：热力学中可逆过程和不可逆过程热力学是研究热能转化和传递的科学，涉及到能量、功和热量等概念，其中可逆过程和不可逆过程是热力学中重要的两个概念。
在本文中，我们将通过介绍可逆过程和不可逆过程的定义、特点、应用和实例来深入探讨这两个概念。
一、可逆过程可逆过程是指在系统与外界之间进行的能量交换过程中，系统状态可以在任何时候被逆转回来的过程。
具有可逆性是指过程从始至终都在平衡状态下进行，系统对外界和自身的影响不发生永久性、不可逆的变化，也就是说，该过程能够在任意时刻短暂地停止而不影响系统的状态。
可逆过程是一种理想状态，能够充分利用能量，并在最少的热损失下完成能量的转化和传递。
可逆过程的特点如下：1.系统与外界之间完成的能量交换是无限缓慢的，即没有热流或温度梯度的存在。
2.在过程中，系统和外界的量变是绝对平衡的，所以系统处于不变的平衡状态。
3.在可逆过程中，能量转化的总量是不变的，即热能和功相等。
4.可逆过程一般需要调整系统的状态和参数，例如：调节压力、温度、湿度等，以使得系统保持平衡。
可逆过程在工程和科学领域中有广泛的应用。
例如，在汽车引擎中，汽油和空气的混合物燃烧会驱动汽车向前移动，而可逆过程是将这种能量转化过程从内燃机转移到其他设备中，以提高汽车的效率。
在制冷和空调系统中，空气被通过可逆过程的方式制冷，这样系统就可以逆转制冷过程，将热能从室内返还至室外。
可逆过程还被应用于有机化学反应和生产中。
二、不可逆过程不可逆过程是指系统通过与外界交换能量而发生的永久性、不可逆的变化过程，这是一种不完全的过程，它不符合可逆过程的各项条件和特点。
在不可逆过程中，系统无法实现将能量转化为其他形式的最大潜力，也就是说，在能量转化的过程中，总会存在一定程度的能量损耗。
不可逆过程是工程和科学中不可避免的现象，无论是机械运动还是化学反应，都会存在不可逆性。
不可逆过程的特点如下：1.过程中存在着熵的增加，即热能转化为其他形式的能量会破坏系统的有序性，使其更趋于随机性。
热力学第二定律在自然界中不可逆过程中的运用
热力学第二定律在自然界中不可逆过程中的运用引言：热力学是研究能量转化和能量流动规律的科学，而热力学第二定律则是热力学中最基本的定律之一。
热力学第二定律指出，在一个孤立系统中，不可避免地会发生的自发过程是朝着熵增、无序增加的方向进行的。
这一定律对于自然界中诸多不可逆过程的理解和解释具有重要意义。
本文将重点讨论热力学第二定律在自然界中不可逆过程中的运用，以便更好地理解和应用这一定律。
主体：1. 自然界中的不可逆过程不可逆过程是指系统从一个平衡态变为另一个平衡态时，无法通过微小的变动来逆转或恢复系统的热力学状态的过程。
在自然界中，有许多不可逆过程，如热传导、粘滞、摩擦等。
这些过程都符合热力学第二定律所描述的熵增的规律。
2. 热力学第二定律的基本原理热力学第二定律提出了一个重要的观点，即在孤立系统中，不可逆过程发生时，熵总是增加的。
熵可以被看作是系统的无序程度，而增加的熵表示系统趋于更混乱、更无序。
这一定律给出了不可逆过程发生的方向以及熵的增加的原因。
3. 熵增与不可逆过程的关系不可逆过程的发生与熵的增加是密切相关的。
例如，在热传导过程中，热量从高温物体传递到低温物体，能量的转移会导致熵增加。
同样地，在摩擦过程中，机械能转化为热能，从而使得系统的熵增加。
这些过程中的熵增加说明了不可逆过程的发生，以及热力学第二定律所要求的熵增。
4. 熵增与自发性根据热力学第二定律，自发过程是指可以在不需要外界干预的情况下自发发生的过程。
在自发过程中，系统的熵总是增加的。
这说明只有在熵增的方向上，系统才能够自发地发生变化。
因此，不可逆过程中的自发性与熵增的方向是统一的。
5. 其他自然界中的不可逆过程例子除了热传导和摩擦，还有许多其他自然界中常见的不可逆过程。
例如，化学反应中的反应物转变为产物，反应的进行会使得系统的熵增加。
生物学中的代谢过程也是不可逆过程的例子，生物体内的化学反应会导致熵的增加。
此外，气体从一个高压区域流向一个低压区域的过程也是一个不可逆过程，而此过程中的压力差将一直存在。
热力学过程的可逆性和不可逆性
热力学过程的可逆性和不可逆性热力学是研究能量转化与它们之间关系的物理学分支。
在热力学中，过程的可逆性和不可逆性是两个关键概念。
可逆过程是指系统在任何时候都可以沿相反方向回到初始状态的过程，而不可逆过程则是指系统无法沿相反方向恢复到初始状态的过程。
1. 可逆过程的特点可逆过程具有以下几个特点：a. 宏观观察上无摩擦损失和能量损失，所有能量都能完全转化，并且不会对外界产生熵增加；b. 过程中系统与环境间始终处于热平衡状态，温度差为零；c. 系统内部无温度、浓度等的不均匀度差异；d. 过程发生于系统与环境之间，无扩散或调和带来的非平衡状态。
2. 不可逆过程的特点不可逆过程与可逆过程相反，具有以下特点：a. 存在能量的耗散和损失现象，因此不可逆过程总是与摩擦、流体粘滞或传热阻力有关；b. 温度差不为零，系统与环境无法保持热平衡；c. 系统内部存在温度、浓度等的不均匀度差异；d. 过程发生在系统内部，与环境之间，造成系统与环境之间的熵增加。
3. 可逆过程与不可逆过程的比较可逆过程与不可逆过程具有显著的差异。
可逆过程是理想情况下的过程，它忽略了现实世界中存在的各种不完美。
而不可逆过程则是现实中普遍发生的过程，在自然界和工程实践中广泛存在。
在热力学的应用中，可逆过程用于理想化系统的分析和计算，而不可逆过程则更贴近实际系统的行为。
可逆过程被用于构建理想的热力学模型和理论，而不可逆过程则用于深入了解和分析真实系统中存在的能量转化和耗散现象。
4. 环境对过程的影响过程的可逆性或不可逆性与环境条件密切相关。
在理想状态下，在恒温、无粘滞、无扩散等条件下，可逆过程才能被实现。
而实际情况下，系统总是受到外界环境的影响，不可逆性因此成为常态。
另外，过程的时间尺度也可能会对可逆性和不可逆性产生显著影响。
某些过程在短时间内可能是不可逆的，但在较长时间尺度上则可以近似为可逆过程。
这种情况下，可逆过程和不可逆过程之间的分界线并不是绝对的。
热力学第二定律 克劳修斯定理
热力学第二定律克劳修斯定理热力学第二定律是热力学中最重要的基本定律之一，它被称为“不可逆过程的方向性定律”，也被称为热力学和统计物理学的一块金字塔的顶端。
在热力学第一定律的基础上，热力学第二定律提供了一个定量的描述性原理，它能够将自然界中不可逆过程的不可逆方向性和可逆原过程的可逆性联系起来。
热力学第二定律的内容非常广泛，其中一个重要的内容就是克劳修斯定理。
克劳修斯定理是热力学第二定律的重要实质内容之一。
它是由奥地利物理学家克朗斯·克劳修斯于1854年提出的。
克劳修斯定理表明，在孤立系统中，热量不可能自发流从低温物体传向高温物体，这是一个关于热传导过程的基本原理。
换句话说，热量在自然界中的流动方向总是从高温物体向低温物体流动。
克劳修斯定理的提出对热力学的发展产生了重要的影响。
它揭示了自然界的一种普遍规律，即热量流动的方向是不可逆的。
在熵的理论中，克劳修斯定理认为熵增加是不可逆过程的特征，熵减少则是可逆过程的特征。
熵是度量系统无序程度和混乱程度的物理量，它在系统内部不断增加，意味着系统正不断向着更大的无序状态发展。
克劳修斯定理被广泛应用于自然科学领域的各个方面。
例如，在热机的运行中，克劳修斯定理可以用来证明热机的效率不可能达到100%，即不存在可完全转化热能为机械能的热机。
这是因为根据克劳修斯定理，热量永远不能自发地从低温物体转移到高温物体，而热机工作过程正是基于这种热流动的原理。
在化学反应方向性的研究中，克劳修斯定理也起到了重要的指导作用。
根据克劳修斯定理，化学反应中的热流动也是从高温物体到低温物体，换句话说，自发反应的方向是从高能状态向低能状态发展。
这就涉及到了自由能的概念。
自由能是热力学中描述系统最稳态的一个重要参量，自由能发生变化说明了系统发生了不可逆过程。
克劳修斯定理还与统计物理学中的微观理论相联系。
统计物理学通过分子运动的统计规律，解释了宏观现象，包括热力学第二定律和克劳修斯定理。
不可逆过程热力学理论
热寂说、生物进化，…。
2
★自组织现象
系统内部由无序变为有序使其中大量分子按一定的规律运动的现象
生命过程的自组织现象
► 各种生物都是由各种细胞按精确规律组成的高度有序的机构：
☺人大脑是由150亿个左右神经细胞组成的极精密及有序组织；
第五章 不可逆过程热力学简介
1
§5-1 概 述
自然界的一切实际过程都是不可逆的。不可逆过程 并不能使能量消失，但发生了能量的耗散。过程不可逆 性的本质微观表现:孤立系统内的一切不可逆过程是使系 统的分子（或其它微小单元）的运动从某种有序的状态 向无序状态转化，最后达到稳定平衡状态（最无序的状 态），并保持这种状态不再变化。
这种认识不仅为弄清物理学和化学中各种有序现象的起因指明了方向，也 为 阐明像生命的起源、生物进化以至宇宙发展等等复杂问题提供了有益的启 示，更有助于人们对宏观过程不可逆性的本质及其作用的认识。
系统内部究竟是什么因素导致定态的不稳定而发生分支的呢? ——涨落的作用。
13
► 通过涨落达到有序 无论平衡态还是非平衡定态都是系统在宏观上不随时间改变的状态， 实际 上由于组成系统的分子仍在不停地做无规则运动，因此系统的状态表现为宏 观均匀态，但在局部上经常与宏观平均态有暂时的偏离。这种自发产生的微 小偏离称为涨落。 另外宏观系统所受的外界条件也或多或少地总有一些变动。 因此，宏观系统 的宏观状态总是不停地受到各种各样的扰动。随着控制条件 的改变，有的涨落分量随时间很快地哀减掉，有的涨落分量却会随时间长大， 以致其振幅终于达到宏观尺度而使系统进入一种宏观有序状态，这样就形成 了耗散结构。远离平衡态的系统的定态的不稳定以致发展到耗散结构的出现 就植根于这种涨落，普里高津把这个过程叫 做"通过涨落达到有序"。
不可逆过程热力学简介
s J s t
该式称为熵平衡方程。注意它不同于一般的守恒定律，因为方程 的右边多了一项熵产生率 。
热传导过程中的熵流密度和熵产生率
在单纯的热传导过程中，体积元中物质内能的增加是热量流入的 结果，所以内能的增加率为 u J q t 其中Jq称为热流密度，它代表单位时间内流过单位截面的热量。 对于单纯的热传导过程，不可逆过程基本方程为
dQ dS Te
Te代表热源（或环境）的温度
把热力学第二定律应用到任一小系统元上，可得到
dS de S di S ,
dQ de S Te
熵流：系统与环境之间通过界面进行热量和物质交换时，进入 或流出系统的熵变。用deS表示,可正，负，零。
熵产生：系统内部自然而然地发生趋向平衡态的自发不可逆 变化，由此引起的熵变。用di S表示, di S 0 对于孤立系统： de S 0, 对于可逆过程： di S 0,
①判断不可逆过程进行的方向； ②对初、终态是平衡态的不可逆过程，可以通过初态和终态热力 学函数之间的关系求得整个过程的总效应； ③当不可逆程度不太强（即过程进行的比较慢，耗散效应比较弱） 时，可以近似地当作可逆过程来研究。 在自然界中发生的一切实际过程都是处在非平衡态下进行的不可 逆过程
平衡态热力学不能处理不可逆过程本身的许多问题，例如:过程 进行的速率，时间演化等。
例1：粒子数守恒定律为
n J n t
u J u t
这里n代表粒子数密度，Jn为粒子流密度。
例2：内能密度u随时间变化率满足 其中Ju为内能流密度。
4.不可逆过程的基本方程
对于处于局域平衡的任何一个系统元，假设：在平衡态下的熵与 内能、体积及各组元摩尔数之间的关系仍然成立，即
不可逆过程热力学
不可逆过程热力学
不可逆过程热力学是研究不可逆过程中热力学现象的宏观理论。
它主要用于描述在不可逆过程中，物理系统的热力学现象和相关的能量转化过程。
这个理论主要关注的是系统在经历一个过程后，如何借助外界的帮助才能回到原来状态从而留下痕迹，这样的过程被称为不可逆过程。
具体来说，不可逆过程热力学涉及到的内容包括：
1.热力学第二定律指出，自然界中一切与热现象有关的宏观过程都是不可逆的。
这意味着，例如水不可能自发的从低处往高处流，必须借助帮助例如抽水机，但却消耗了电能，给外界留下了痕迹。
2.在不可逆过程中，系统会经历一种方向性，这种方向性是由系统的内在性质和外部环境共同决定的。
3.不可逆过程热力学还关注如何借助外界的帮助实现这个过程，但要引起外界的变化。
例如，热量从高温向低温传递时，必须借助外界的帮助如热机，但在这个过程中，热量转化为机械能并对外界做功，使得系统的熵（代表无序度的物理量）增加。
需要注意的是，不可逆过程热力学是一种宏观理论，对于非平衡态现象的解释终究是有限度的。
对于更深入的理论，需要借助非平衡态统计物理学等更微观的理论来完成。
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系统内部究竟是什么因素导致定态的不稳定而发生分支的呢? ——涨落的作用。
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► 通过涨落达到有序
无论平衡态还是非平衡定态都是系统在宏观上不随时间改变 的状态， 实际上由于组成系统的分子仍在不停地做无规则运动， 因此系统的状态表现为宏观均匀态，但在局部上经常与宏观平 均态有暂时的偏离。这种自发产生的微小偏离称为涨落。 另外 宏观系统所受的外界条件也或多或少地总有一些变动。因此， 宏观系统 的宏观状态总是不停地受到各种各样的扰动。随着控 制条件的改变，有的涨落分量随时间很快地哀减掉，有的涨落 分量却会随时间长大，以致其振幅终于达到宏观尺度而使系统 进入一种宏观有序状态，这样就形成了耗散结构。远离平衡态 的系统的定态的不稳定以致发展到耗散结构的出现就植根于这 种涨落，普里高津把这个过程叫 做"通过涨落达到有序"。
的个原子接受能量后各自独立发光，每次发光时间10-8s，所发 波列长度约3m，当输入功率大于某临界值时，各原子集体一致 行动，发出频率和振动方向都相同的波列长度可达30万千米的 “相干光波”—激光。发光物质的原子处于非常有序的状态，不 断进行着自组织过程。
6
正是无生命世界和有生命世界同有自组织现象的事实，促使 人们想到这 两个世界在这方面可能遵循相同的规律，也激发人 们去创立有关的理论。
？ 或者说由较有序向更加有序、精确有序发展的过程。 非生命现象与生命现象有不同的支配规律
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无生命过程的自组织现象
☺ 高空中水汽凝结形成非常有序的六角形雪花
☺ 化学实验中空间有序(耗散结构)例——利色根现象
在一个浅盘内将碘化钾溶液加到含有硝化银的胶体介质中， 会形成一圈圈间隔有规律的沉 淀环（在细管中会形成一条条间 隔有规律的沉淀带）。
个，按一定严格次序排列。一个生物体的全部遗传信息都编码
在这些核苷酸碱基排列的次序中！而这种结构的来源是生物的
食物中无序的原子！
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DNA示意图
☺ 生命过程从分子、细胞到有机个体和群体的不同水平上还 呈现出时间有序的特性，表现为随时间作周期性变化的振荡 行为，如鱼类的洄游，等。
► 生物体的生长和物种的进化也是从无序到有序的发展。如受精 细胞发展成各种复杂有序的器官，而所有细胞都是由很多原来 无序的原子构成。生物的进化是由简单到复杂、由低级到高级
☺ 化学实验中时间有序（耗散结构）例——B—Z反应
在25℃左右由溴酸钾(KBrO3)、丙二酸 [CH2(COOH)2]和硫酸 铈[Ce(SO4)2]组成的混合物，溶解于硫酸中，加以搅 拌，则溶液 的颜色会在红色与蓝色 之间振荡。振荡周期是 分(min)的数量 级，现象 的寿命是小时的数量级。 颜色的变化反映离子浓度 [Br+] 、 [ Ce3+] /[ Ce4+]的变化，附图是离子浓度振荡的电势图。5
的响应和它不成线性关系时的状态——远离平衡的状 态下系统行为的热力学。
9
► 远离平衡的状态是指:当外界对系统的影响过于强烈，以至 它在系统内部 引起的响应和它不成线性关系时的状态。
► 分支理论
当系统远离平衡时，它们可以 发展到某个不随时间改变的稳 定态。但是这时系统的熵不再具有极值行为， 最小熵产原理也 不再有效。一般地说，远离平衡的稳定态不再能用熵这样的状 态函数来描述。因此这时过程发展的方向不能依靠纯粹的热力 学方法来确定，必须同时研究系统的动力学的详细行为。
对每一小部分体系，一切热力学量均可有确切的值，就
可用状态参数来描述这些部分。
热力学能、熵等广延参数，将各部份的数值相加，
即可得整个体系的值；而温度和压力这类强度参数，就
没有全系统的统一值。
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二、不可逆过程的基本方程
熵产，单位时间内系
统内部不可逆过程引
不可逆的微元过程
起的熵变称为“熵产
率”用θ表示。
§5-2 不可逆过程热力学方程
一、 局域平衡假设
平衡状态的系统可用状态参数来描述系统的各种宏 观物理性质，如温度、压力、体积、热力学能、焓、熵 等等，状态参数是平衡态范畴内的概念。
局域平衡假设是把处在不平衡状态的体系，分割成
许多小部分，假设每小部分各自近似地处于平衡状态。
（当然每一小部分在微观上必需仍包含有大量的粒子）
第五章 不可逆过程热力学简介
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§5-1 概 述
自然界的一切实际过程都是不可逆的。不可逆过程 并不能使能量消失，但发生了能量的耗散。过程不可逆 性的本质微观表现:孤立系统内的一切不可逆过程是使系 统的分子（或其它微小单元）的运动从某种有序的状态 向无序状态转化，最后达到稳定平衡状态（最无序的状 态），并保持这种状态不再变化。
图中横坐标λ表示外界对系统的控制 参数，它的大小表示外界对系统影响的 程度和系统偏 离平衡态的程度；纵坐标 X表示表征系统稳定态的某个参数，不 同的X值表示 不同的定态。与λ0对应 的定态X0表示平衡态，随着λ偏离λ0， X也就偏离平衡态，但在λ较小时，系统 的状态很类似于平衡态而且具有稳定性。 表示这种 定态的点形成线段(a)，这是平衡态的延伸，因此这一10 段叫热力学分支。
寻找从无序到有序的转化规律，研究系统离开平衡态 行为的热力学分支—非平衡态热力学或不可逆过程热力学。
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线性非平衡态热力学—— 研究外界影响产生的促使变化的势（如T、p）不大，
因而在系统内引起的响应（如热流或位移）也不很大， 可近似认为二者间为简单的线性关系（此时可认为系统 对平衡态的偏离很小）的状态下系统行为的热力学。
最小熵产原理（普里高京，1945）—— 在接近平衡态的条件下，和外界强加限制相适应的非平 衡稳定状态的熵产Sg具有最小值。 —线性非平衡态热力学的重要原理
Δ最小熵产原理表明：在系统偏离平衡状态时，系统中 的不可逆过程使熵产生出来，而在系统偏离平衡状态
很小时，随过程进行，熵产率（即 δSg / d ）要减小，
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随着控制参数进一步改变，各稳定分支又 会 变得不稳定而导致所谓二级分支或高级 分支现象。
高级分支现象说明系统在远离平衡态时， 可以有多种可能的有序结构，因而使系统可 表现出复杂的时空行为。这可以用来说明生 物系统的多种复杂行为。在系统偏离平衡态 足够远时，分支越来越多，系统就具有越来 越多的相互不同的可能的耗散结构，系统处于哪种结构完全是随 机的，因而体系的瞬时状态不可预测。 这时系统又进入一种无序 态，叫混沌状态，它和热力学平衡的无序态的不同在于，这种无 序的空间和时间的尺度是宏观的量级，而在热力学平衡的无序中， 空间和时间的特征大小是分子的特征量级。从这种观点看，生命 是存在于这两种无序之间的一种有序，它必须处于非平衡的条件 下，但又不能过于远 离平衡，否则混沌无序态的出现将完全破坏 生物的有序。近年来对混沌现象的研究取得了令人鼓舞的进展。 人们不仅在理论上发现了一些有关发生分支现象和混沌现象的普12 遍规 律，并且已在自然界中和实验室内观测到了混沌现象。
热力学第二定律指出了孤立系统内一切过程都是使系 统的状态由有序向无序转化并最终保持最无序状态的。
热寂说、生物进化，…。
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★自组织现象
系统内部由无序变为有序使其中大量分子按一定的规律运动的现象
生命过程的自组织现象 ► 各种生物都是由各种细胞按精确规律组成的高度有序的机构：
☺人大脑是由150亿个左右神经细胞组成的极精密及有序组织；
当λ≥λc时，例如贝纳特流体加热实验中， 流体的温度梯度超过某定值或激光器的输 入功率超过某一定值时，曲线段(a)的延续 (b)上各非平衡定态变得不稳定，一个很小 的扰动就可引起系统的突变，离开热力学 分支而跃迁 到另外两上稳定的分支(c)或(c') 上。这两个分支上的每一个点可能对应于 某种时空有序状态。由于这种有序状态是在系统离开平衡状态足 够远或者说在不可逆的耗散过程足够强烈的情况下出现的，所以 这种状态被普里高津叫做耗散结构。分支(c)或(c' )就叫做耗散结 构分支。在λ=λc处热力学分支开始分岔(分岔的数目和行为决定于 系统的动力学性质) ，这种现象叫分岔现象 或分支现象。在分支 以前，系统的状态保持空间均匀性和时间不变性，因而具 有高度 的时空对称性；超过分支点后，耗散结构对应于某种时空有序状 态，就破坏了系统原来的对称性。因此这类现象也常常叫做对称 性破缺不稳定性现 象。
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► 协同论——认为分 子(或子系统)之间的相互作用或关联引起 的协同作用使得系统从无序转化为有序。
一般来讲，系统中各个分子的运动状态由分子热运动(或子系 统的 各自独立的运动)和分子间的关联引起的协同运动共同决定。 当分子间的关联能量，小于独立运动能量时，分子独立运动占主 导地位，系统就处于无序状态(如气体) ，当分子间的关联能量大 于分子的运动能量时，分子的独立运动 就受到约束，它要服从由 关联形成的协同运动，于是系统就显出有序的特征。 涨落是系统 中各局部内分子间相互耦合变化的反映。系统在偏离平衡态较小 的状态时，独立运动和协同运动能量的相对大小未发生明显的变 化，涨落相 对较小。在控制参数变化时，这两种运动的能量的相 对大小也在变化，当控制参数达到临界值时，这两种运动能量的 相对地位几乎处在均势状态，因此 局部分子间可能的各种耦合相 当活跃，使得涨落变大。每个涨落都具有特定的内容，代表着一 种结构或组织的“胚芽状态”。涨落的出现是偶然的，但只有 适应 系统动力学性质的那些涨落才能得到系统中绝大部分分子的响应 而波及整个系统，将系统推进到一种新的有序结构——耗散结构15。
普里高津在把物理和生物过程结合起来研究时提出耗散结构 理论（1967年)；哈肯在研究激光发射过程的基础上，把它和生 物过程等加以类比时创立了协同论（1976年) 。
耗散结构理论和协同论采用不同的方法来说明自组织现象，得 出了很多有价值的结果，前者着重用热力学方法进行分析， 后 者着重于统计原理的应用。