学沪科版选修33 4.4描述无序程度的物理量 课件（4）（32张）.ppt

描述无序程度的物理量 一 熵的认识二 熵 与生命三 熵 与社会 熵的定义 1850年 德国物理学家鲁道夫 克劳修斯首次提出熵的概念 用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 一个体系的能量完全均匀分布时 这个系统的熵就达到最大值 熵在热力学中是表征物质状态的参量之一 通常用符号s表示 在经典热力学中 可用增量定义为 s q t 式中t为物质的热力学温度 q为熵增过程中加入物质的热量 熵最初是根据热力学第二定律引出的一个反映自发过程不可逆性的物质状态参量 热力学第二定律是根据大量观察结果总结出来的规律 有下述表述方式 热量总是从高温物体传到低温物体 不可能作相反的传递而不引起其他的变化 功可以全部转化为热 但任何热机不能全部地 连续不断地把所接受的热量转变为功 而不产生其他任何影响 即无法制造第二类永动机 在孤立系统中 实际发生的过程总使整个系统的熵值增大 此即熵增原理 摩擦使一部分机械能不可逆地转变为热 使熵增加 热量 q由高温 t1 物体传至低温 t2 物体 高温物体的熵减少 s1 q t1 低温物体的熵增加 s2 q t2 把两个物体合起来当成一个系统来看 熵的变化是 s s2 s1 0 即熵是增加的 玻尔兹曼在研究分子运动统计现象的基础上提出来了公式 其中 为系统分子的状态数 为玻尔兹曼常数 这个公式反映了熵函数的统计学意义 它将系统的宏观物理量 与微观物理量 联系起来 成为联系宏观与微观的重要桥梁之一 基于上述熵与热力学几率之间的关系 可以得出结论 系统的熵值直接反映了它所处状态的均匀程度 系统的熵值越小 它所处的状态越是有序 越不均匀 系统的熵值越大 它所处的状态越是无序 越均匀 系统总是力图自发地从熵值较小的状态向熵值较大 即从有序走向无序 的状态转变 这就是隔离系统 熵值增大原理 的微观物理意义 在孤立体系的任何自发过程中 体系的熵总是增加的 即 s 孤立 0or s 体系 s 环境 0 二 熵 与生命 熵 一种新的世界观 熵 是热力学的一个概念 它是描述系统状态向无序变化的量度 也可引申为 有效作用减少量或无效作用增加量 热力学熵 温度熵 体积熵 化学熵 构型熵非热力学熵 信息熵 社会熵 心理熵 人体熵政治熵 经济熵 事物从有序向无序变化则熵增加 可称之为正熵 事物从无序向有序变化则熵减少 可称之为负熵 生命熵 生命体是一个开放的系统 时刻与外界进行着物质 能量 信息的交换 符合 耗散结构 可以用熵来分析一个生命体从生长 衰老 病死的全过程 用 生命熵 来独立定义 系统有序化 负熵 一个远离平衡态的开放系统 有可能通过从外界取得负熵流的办法来抵偿系统内部的熵增量 使系统总的熵变为零甚至为负值 从而使系统的有序化程度越来越高 这样 在不违反热力学第二定律的条件下 把物理学规律与生物学规律统一起来了 生物赖负熵为生 如果有一种机构 它是一个开放系统 能够不断地从外界获得并积累自由能 它就产生负熵了 生物体就是这种机构 动物从食物中获得自由能 或负熵 而绿色植物则从阳光中获得它们 生命负熵来源 对一般的低等生物 只有很少的几种能量是其有序化的能量形式 植物 只有能够得到有效利用的太阳能是其有序化的能量形式 动物 只有食物 而且是主食 中所含有效的生物化学能是其有序化的能量形式 生命负熵来源 对于人类 有序化的能量形式是多种多样的 并且随着生产力的发展而不断扩展人类 最早的有序化能量主要是食物 火的应用拓展了食物的范围 按照不同的需要建造各种扩展耗散结构 间接地把许多形式的无序化能量转化为有序化能量 通过发电设备将各种水力 煤炭 石油 核能 风能 太阳能等无序化能量转化为电能 心灵的负熵 对于个体的人熵 人的无序性程度 无原则性程度 违法乱纪程度 欲望放纵程度等等 身体年龄与心理年龄的差异你怎么获取你心灵的负熵 看不见的手 与政府宏观调控 对于社会人群按照熵的增加理论 自发的宏观过程总是向无序度更大的方向发展 也就是没有外部约束机制混乱程度只会越来越大 反而言之 要减少熵 只有通过一定的外部强制手段 才可能从无序度向有序度发展 怎么样处理好人与人 人与社会的关系 怎么样获得所需的负熵以使我们生活的世界充满活力与希望呢 三 熵 与社会 后现代的西方社会学家将熵的概念移植到社会学中 表示随着人类社会随着科学技术的发展及文明程度的提高 社会 熵 即社会生存状态及社会价值观的混乱程度将不断增加 一个社会系统 如果是孤立的 对外界没有能量和信息的交换 那么这个系统的能量或信息将在内部不断均匀化 如同不同温度的物体之间会传导热量一样 活力将不断降低 最后归于 热寂 热能不再传导 流动 的无序平衡状态 系统也就随之 死亡 讨论社会熵就是在讨论人与人之间的和谐问题 而讨论自然熵与社会熵的关系就是在讨论人与自然之间的和谐问题 自然熵与社会熵 自然熵 自然界这个系统的运行状态无效性的增加量社会熵 人类社会这个系统的运行状态无效性的增加量无论是自然环境系统还是人类社会系统 如果要维持发展就必须长期稳定的保持负熵 正熵 否则就会逐步走向无序 最终导致系统彻底崩溃而毁灭 自然负熵的来源 1 植物贡献的负熵 例如 植物吸收二氧化碳 制造氧气 植物保持水土 防风固沙等 2 人类社会活动产生的负熵 例如 人类植树造林 种植农作物治理污染等 自然正熵的来源 1 自然灾害正熵 例如 火山 地震 飓风 海啸 雷电 小行星撞击等 2 野生动物活动正熵 野生动物的生物链基础是植物 他们需要摄入自然负熵 排除自然正熵以维持生存等 3 人类社会社会活动产生的正熵 例如 人类过度砍伐森林 环境污染等 1 自然界无法承受熵增而崩溃 人类社会也随着崩溃 2 自然界无力补充人类社会所需的负熵 人类社会崩溃 自然界则逐步重新得到平衡 3 自然界无力补充人类社会所需的负熵 人类主动寻求人类社会活动产生的正负熵的平衡 从而与自然界和谐共存 当社会正熵 社会负熵时 人类社会损失的负熵就要从自然负熵中得到补充 从而导致自然熵增加 影响社会熵的因素 1 系统内部 1 人口 人口越多 人均负熵就越少 提高社会负熵的难度就越大 2 社会政策 与时具进的 合理的社会政策能使社会政治 经济 文化 生产 生活等方方面面和谐发展 人与人之间的关系也会和谐 这就有利于提高社会负熵 2 系统外部 1 从国外摄取负熵 以补充国内正熵 例如出口 掠夺战争等 2 直接从自然界摄取负熵 以补充国内正熵 例如 采矿 砍伐森林等 一个国家可以通过多种手段来实现正熵与负熵的平衡 但是如果没有与时俱进的政策 社会整体机能就会衰退 社会正熵就会增加 继而加剧该国家从外部摄取负熵的力度 不论是从其他国家摄取还是从自然界直接摄取 本质上都加大了自然熵增 这种社会发展是暂时的 不可持续性的 不和谐的 所以合理的社会政策 必须能真正解决人与自然正负熵的平衡 只有通过合理政策来为自然界注入人工负熵 才能平衡人类社会产生的正熵 从而达到人类社会与自然界长期稳定的和谐发展