什么是熵增定律?

今天阅读格格的《榨书:主动成长的高回报读书法》中,格格在第五章第3节中提到:

物理学中,有一个“熵增定律”,大意是说,在一个封闭环境中,任何事物必然从有序到无序,直至死亡。任何封闭系统,最终的命运是走向死亡。

这里出现了一个新的概念:熵增定律。007创世人覃杰在写作成长课中说过:

学一个概念,就要搞清楚这个概念。

于是我想搞清楚什么是“熵增定律”,这里涉及到三个概念:

1.什么是熵?

“熵”这个概念是由德国物理学家“克劳修斯”提出的,最初被用来描述“能量退化”的物质状态之一。其物理意义是体系混乱程度的测量。“熵”的本质是一个系统“内在的混乱程度”。

这让我想到一句歇后语:热锅上的蚂蚁——团团转。

假设有一只锅,涂了点蜜糖,吸引了一群蚂蚁爬进来。你会发现这群蚂蚁通常都是井然有序地排成一条长队,然后围着蜜糖进行搬运。

如果这时候有人开始加热这只锅,你会发现随着温度地不断升高,蚂蚁群开始从井然有序的长队,变成慌不择路的混乱;随着温度的不断升高,这种混乱程度也会不断增加,被烧昏了头的蚂蚁们开始在热锅内团团转。当然,当温度高到一定程度,蚂蚁们可能就一动不动,甚至到最后蚂蚁们被烧成了灰,最终变成灰飞烟灭。

这时候在这个锅内,蚂蚁们的混乱就可以用“熵”来表示。混乱程度越高,熵值越大。而当蚂蚁们被烧到一定程度,每一个蚂蚁爬行的速度达到最高,这个锅内的混乱程度达到最高,熵值最大。

2. 什么是熵增?

熵增表示一个系统从相对有序的状态向相对无序的状态的演变。

物理学定义:熵增过程是一个自发的由有序向无序发展的过程。

热力学定义:熵增加,系统的总能量不变,但其中可用部分减少。

统计学定义:熵衡量系统的无序性。熵越高的系统就越难精确描述其微观状态。

还拿热锅上的蚂蚁举例子。

不管用什么去加热,比如燃气灶,燃气灶的化学能转化为火的热能,火的热能,一部分转化为蚂蚁们的动能,一部分转化为锅的热能,还有一部分热能消散在空气中。

加热的能量=锅的热能+蚂蚁们的动能+消散的热能。

如果把这个热锅及蚂蚁看成是一个系统,那么热量总是从高温物体流向低温物体,即火的温度流向冷锅,将冷锅从冷变热。而消散在空气中的热能是没办法再利用的,并且是在不断增加的,这就是熵增的过程。

比如,一部手机,越用越卡;一双鞋子,越穿越旧;一个人,越来越老;一个房间,即便不动,也会越来越混乱,这些都是因为熵增的缘故。

这种熵增是一个自发的不可逆过程,而总熵变总是大于零。

3.什么是熵增定律?

熵增定律是对热力学第二定律的一种表达方式。

热不可能自发地不付任何代价地从低温物体传到高温物体。在一个封闭的系统内,热量总是从高温物体流向低温物体,从有序走向无序。

比如热锅:总是较高温度的火的热量传到低温的锅。

不可能制成一种永动机。因为不可能从单一热源取热,把它全部变为功而不产生其他任何影响。

比如热锅:它并不单一的向火取热,因为火需要借助燃气灶的化学能,而化学能又需要借助燃气的化学反应……

如果没有外界向这个系统输入能量的话,那么熵增的过程是不可逆的,最终会达到熵最大的状态,系统陷入混乱无序。

比如热锅:没有外界再次向这个系统输入能量的话,加热到一定程度,热锅可能就会被烧焦,最终变成灰,消散在空气中。变成灰四下乱飞的锅的状态就比一口完整的锅的状态要无序得多,要乱得多。并且灰飞的锅没办法再重新变成原始的那口锅,这个过程是不可逆的。



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