熵是一种什么能量?它可以再转化成其他的能量吗?
来源：学生作业帮助网 编辑：六六作业网 时间：2024/12/25 02:15:15
熵是一种什么能量?它可以再转化成其他的能量吗?
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熵是一种什么能量?它可以再转化成其他的能量吗?
熵
shāng
◎ 物理学上指热能除以温度所得的商,标志热量转化为功的程度.
◎ 科学技术上泛指某些物质系统状态的一种量（liàng）度,某些物质系统状态可能出现的程度.亦被社会科学用以借喻人类社会某些状态的程度.
1.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,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”(entropy)是德国物理学家克劳修斯(Rudolf Clausius,1822 – 1888)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”.
2.信息论中的熵：信息的度量单位：由信息论的创始人Shannon在著作《通信的数学理论》中提出、建立在概率统计模型上的信息度量.他把信息定义为“用来消除不确定性的东西”.
Shannon公式：I(A)=-logP(A)
I(A)度量事件A发生所提供的信息量,称之为事件A的自信息,P(A)为事件A发生的概率.如果一个随机试验有N个可能的结果或一个随机消息有N个可能值,若它们出现的概率分别为p1,p2,…,pN,则这些事件的自信息的平均值：
H=-SUM(pi*log(pi)),i=1,2…N.H称为熵.