从熵增加原理看资源利用和环境保护

1、从熵增加原理看资源利用和环境保护教育广 从嫡增加廪理看资源剥问神环境保护 广东工业大学轻工化工学院魏志钢潘湛昌 【摘要】”熵”是热力学中的一个状态函数,表示物质系统的无序程度.根据热力学第二定律,在孤立系统物 质达到平衡态过程中熵总会增加,而且熵增加是一个不可逆的过程.因此,经济建设中不断利用能源会造成环境不 可逆的熵增加.必须在经济建设的同时合理利用资源,减小熵增加,才能做到保护环境,实现科学发展 【关键词】熵增加原理科学发展环境保护 【作者简介】魏志钢,男,副教授,博士;研究方向:应用化学. 一 ,熵的本质和性质 熵的概念是由德国物理学家克劳修斯于1865年所 提出.1923年.德国科学家

2、普朗克来中国讲学时用到 entropy这个词,胡刚复教授翻译时灵机一动.把”商” 字加火旁来意译entropy这个词,创造了”熵”字,发 音同”商”.熵这个物理概念很抽象,但在日常生活中 熵增加的例子随处可见.如放在室内的热水会慢慢变 凉,而散发出去的热量不能自发凝聚重新使水变热;一 滴墨滴入水中会均匀散开,但不可能再自发凝聚回来. 如果把房间和杯子看作是与外界既无能量交换,又无物 质交换的一个孤立系统.则热分子和颜色的运动总是从 原来集中,有序的排列状态,趋向分散,混乱的无序状 态.在热力学中,描述这个混乱状态的量称为熵. 热力学第二定律(dS8Q/T)的实质可以归结为: 在所有封闭系统及与

3、其对应的环境所组成的孤立系统 中,物质和事物经历某些实际过程达到平衡态时,物质 的无序度总是增加的.即熵只增不减.因而,热力学第 二定律也被称为熵增加原理. 如果系统不是孤立的,从能量可用性出发得出熵的 方程式为:AS=AS(f)+AS(g),式中S为系统总的熵 变;AS(f)为熵流,AS(g)为熵产.如果系统从外界 吸收能量使有序度增加AS(f)为负值,系统散发能量 到外界使有序度降低则S(f)为正值.熵产AS(g) 为系统不可逆的无序度增加和能量耗散转化为热而产生 的熵增加,熵产恒为正.当然,如果把系统和外界环境 看作一个整体.则回归到热力学第二定律熵只增不 减. 与孤立和非孤立体系对应,

4、自然界存在两种演化方 向从有序到无序和从无序到有序.从有序到无序是 孤立体系,达到平衡态为熵最大的状态;从无序到有序 对应的为开放体系且远离平衡态.无序到有序需要从外 界吸收能量使本身变得有序化,与之相对应的则是耗散 . 结构.耗散结构理论是1969年比利时学者普里高金在 非平衡态热力学中提出的一个概念.他认为在开放系统 和远离平衡态条件下,在与外界环境交换物质和能量过 程中,通过能量耗散过程和内部非线性动力学机制形成 和维持的宏观时空有序结构,称之为耗散结构.动植 物,国家,社会等都是耗散结构. 二,从熵增加原理看能源与环境 既然社会是耗散结构,它必须从外界获得能量来维 持.其手段为劳动.劳

5、动创造了人,人类的劳动创造了 价值,使自然物从”无用”到”有用”.按照这种观点, 阳光,空气,水,土地等自然之物是不具有价值的.只 有开采出的矿石冶炼加工制造出的各种设备.在土地上 栽培出各种作物,用水发电,等等,才会产生价值.然 而人们没有考虑到,在开采和冶炼矿石,生产粮食,制 造机器的过程中,只有部分能量被吸收进了产品,更多 的能量被浪费,使地球的熵不断增加.据统计,从粮食 的生产到加工成食品的过程中,只有不到20%的能量被 摄人粮食和食品本身,而80%的能量却被浪费掉.显 然.现代社会的许多生活是建立在大量的能源耗费基础 上的.许多部门看起来在创造更大的价值,更多的产品 和更大的方便,实

6、际上,它们在挥霍地球上宝贵的资 源. 在现代化的大城市中,人们享受高科技带来的成 果:四季如春的空调,便利的地铁汽车,手机,电脑, 等等.实际上,它们在带来方便的同时,也给周围环境 带来更多的废气,噪声,电磁波等污染.根据熵增加原 理,每当消耗一定有效的能量,使城市更有序运转的同 时,周围环境的熵就会增加.少数人享受的便利和舒 $本文系国家自然科学基金(编号:20803014)及广东省科技计划项目(编号:2006B36702Oo4),精品课程项目(编号:090044)的 研究成果. 谨 鱼釉l謇 谭衽西屯 WCUltIltCIILUMRESEARCH 适,往往是在牺牲多数人利益的前提下获得的.

7、 从熵增加原理出发,社会需要发展,必须从外 界获得能量来维持其耗散结构,必然会有能量的散 发造成环境的熵增加,而熵增加对于地球是一个不 可逆的过程.环境的熵增加意味着自然灾害和人类 生存环境的恶化,水旱灾害的增加,土壤的沙化, 疾病的增加,等等.因此,在追求美好生活,寻求 经济发展的同时,要理智地减少生产和经济发展中 的熵增.要提倡节约能源,保护环境,这才是可持 续发展的根本.对于不可再生的能源.需要限量开 采,减少消耗,如石油,煤炭等.应该尽量利用可 再生资源和清洁能源,如光电,水电等.应该大力 提倡绿化,把太阳能转化成有序的能量,降低地球 的总熵,而不是变成无用的热能,提高地球的总 熵.

8、随着人类文明的不断进步.自然灾害也在逐年 增加,人类面临前所未有的挑战.地震,海啸,洪 水,台风等自然灾害的发生数量和强度令人产生畏 惧;温室效应引起的地球变暖会使两极的冰川融 化,海平面升高,甚至会淹没上海,纽约等繁华都 市,届时更是文明的灾难;工业化产生的三废和农 业生产大量使用的化肥,农药正在污染大气,水源 和土壤等人类赖以生存的环境基础.必须认识到. 文明对于人类来说是把双刃剑,人类社会的高度有 序化是建立在环境熵增加的基础上的. 从中国目前的发展模式来看,还是以大量耗费 能源和资源为主的粗犷型经济模式.正面临能源和 环境方面的严峻考验.必须借鉴西方在发展经济和 保护环境方面的经验和教

9、训.不要走先污染,后治 理的老路,不要只注重短期的经济指标.要尽快调 整和优化产业结构.提高产品的技术含量.控制各 种污染的源头,合理利用各种资源,保护环境,才 能实现科学发展的战略目标. 参考文献: 1】陈宜生,刘书声.谈谈熵MI.长沙:湖南教育出版社, 1993. 【2Riin,J,Honard,T,(刘明译).熵一一种新的世界XEM. 上海:上海译文出版社.1987. 【3李如生.非平衡态热力学和耗散结构【M】.北京:清华 大学出版社.1986. 【41王身立.耗散结构理论向何去:广义进化与负熵【M】. 北京:人民出版社.1989. 【5】高佛佑.自然科学与社会科学的交叉点一熵J】.自然

10、 杂志,1997,19,(2). 给”嚼 【摘要】使用”听唱法”进行歌唱教学时,不 能把大部分时间和精力集中在”唱”这一方面,给 “听”留点空间.听唱结合,动静结合,才能体现出 音乐课的特点,使课堂教学取得事半功倍的效果. 【关键词】听觉艺术听唱结合教学质量陶冶 情操 “听唱法”教学是音乐唱歌教学中常用的一种教学 方法.这种方法适合学生,运用起来简便自如,可望 取得良好的教学效果.笔者在听了许多音乐课后,发 现大多数教师只注重歌唱技能的训练,忽视其它方面 的培养.唱得多,听得少,听唱不能很好地结合起来. 若在教学中给”听”留点空间,听唱结合,动静结合, 会使教学效果更佳,取得事半功倍的效果.

11、一 ,听觉能力的培养应是唱歌教学的目标之一 1.虽然音乐教育不能把每个学生都培养成歌唱家. 却可以培养每个学生有一双会”听”的耳朵.唱歌教 学中聆听范唱,听记音高节拍,听辨音色节奏,听赏 风格不同的演唱,就是在对学生进行听觉训练.这种 训练不仅能提高歌唱的准确性.还能让学生从”听” 中发现美,进而培养他们高尚的情操,提高他们的审 美能力.音乐就是为了传播美.传播的过程就是让人 们”听”的过程,否则音乐就失去了存在的价值. 2.音乐以声音为主要材料,声音具有无形无色, 看不见,摸不着的特点,只能靠人的听觉来感知它. 例如,声乐教学中要求学生把声音”竖”起来,唱得 “圆”一点,要有”穿透力”,不能”太白太偏”,都是 一 些形象的比喻.这些形象的比喻都要通过听觉去感 受,判断.可见”听”在歌唱教学中是多么重要.因 此,唱歌教学中应注重听觉能力的培养. 3.听觉训练可以发展和提高学