讲授物理化学中热力学第二定律的探讨

讲授物理化学中热力学第二定律的探讨内容摘要：

有热传导存在，当液体上下温度差达到一定值后，突然出现 许多规则的六角形对流元胞 .此时热量通过宏观的对流而传递 ,这是大量的分子在温度梯度的驱动下表现出宏观上的一致运动，是在一定条件下体系远离平衡而“自己组织起来”的过程。 在“自由组织现象”中，当某些控制量（例如 Benard 对流中液体的温度差，激光器中输入能量的功率，化学振荡中反应物浓度和体系的温度）超过一定的临界值时，体系中出现宏观上有序的结构。 应注意的是：宏观有序的产生根源不在于外部而在于体系内部 ,外部的特定环境只是提供了触发体系宏观有序的条件，整齐的组织是体系内部自发形成的。 （ 2） .耗散结构的形成条 件 在什么条件下体系远离平衡会失稳，会发生“自由组织”现象呢。 开放体系、远离平衡态是形成耗散结构所需的外部条件，体系内部具有非线性的正反馈机制是形成耗散结构的内部条件。 所谓正反馈是一种自我复制，自我放大的机制。 激光中的受激辐射，化学反应中的自催化，生物体系的繁殖都是反馈。 当体系远离平衡态，体系内部有正反馈机制时，偏离平均值的微小涨落被正反馈机制不断放大，变成“巨涨落”，体系的原状态就失稳。 在非线性相互作用下，使构成体系的各部分间相互制约，相互耦合，相互作用形成时空有序的耗散结构。 因此，涨落触发失稳现象。 耗 散结构三个互相关联的方面：化学方程所显示的功能（或生物活性），由不稳定性获得的时间在结构和功能中起中间作用，触发不稳定的涨落。 这三者的关系可用下图表示： 结构 功能 ╲ ╱ 涨落 为了判别耗散结构在什么条件下出现，普利高津他们在建起体系的扩散方程后，利用了李雅甫诺夫等人建立的现代稳定化理论，通过对“超熵产生”的讨论，而得出耗散结构出现的结论。 超熵产生： SS0=21 δ 2S S0为某一状态（参考态，稳定态） 当 21 δ 2S≤ 0时，若 dt SdPx 221  0 系统稳定（不会失稳） 4 若 dt SdPx 221  =0 临界状态 若 dt SdPx 221  0 系统不稳定 可以使系统失稳 ,并过渡到与原来完全不同的新稳定态 ,这种建立在不稳定之上的新的有序的稳定结构 — 耗散结构。 所以，非平衡是有序之源。 三、 熵 在信息学中的应用 传输信息时若接收者事先就完全知道所传的内容，他便没有得到什么信息。 反之，若传输的内容使他感到意外，他便得到了很多信息。 接收者所得到的信息量，在数量上就等于通信前后“不确定性”的消除量（减少量）。 若将事件看作是随机变量，则事件出现概率越大，它的不确定程度就越小；反之就大。 因此，信息量是概率的单调递减函数。 现代信息论创始人 (申农 )从概率出发，通过论证指出：在一个体系中某事件 i 发生的几率为 PI,则该体系中。