极简说明熵增原理

熵增原理就是任何物理系统在外界不向其输送能量的情况下,熵只能增加或者不变,不会主动减小。


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举个例子就是一个房间如果不打扫就会越来越乱,那为什么会越来越乱呢?这里的门道可就深了。做一个比较简单的演示,假设一个物理系统有十个粒子,给其中一个粒子十米每秒的速度,其他粒子都不动,根据直觉有速度的粒子会通过碰撞把速度分给不动的粒子,所有粒子都动起来的状态肯定比只有一个粒子动的状态要乱的多,熵就是更高的。那为什么物理系统喜欢熵更高呢,这个还要按照能量最低原理来说,粒子的动能跟速度的平方成正比,粒子以每秒十米的速度运动的时候动能正比于10的平方,也就是100,那其他粒子的能量就是0,因为没有动啊,那10个粒子的总能量正比于100,现在有速度的粒子把速度平分给其他粒子,让每一个粒子的速度都是1,那每一个粒子的动能就正比于1的平方,还是1,十个粒子的总能量是10,比前一种情况小了10倍,根据能量最低原理,系统当然喜欢后一种能量低的状态,所以熵必然增加,除非熵已经是最大了,否则会一直增加到熵最大的状态为止。


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热力学第一定律宣告了永动机的破产,因为永动机违反了能量和质量的守恒定律,在任何的永动机设计中,我们总可以找出一个平衡位置来,在这个位置上,各个力恰好相互抵消掉,不再有任何推动力使它运动。所有永动机必然会在这个平衡位置上静止下来,变成不动机。热力学第一定律也促成了蒸汽机的诞生,直接导致了第一次工业革命的诞生,人类由此迈入了蒸汽时代,机械化生产时代开始到来。

而能量守恒定律的提出还是没有打消科学家们的梦,他们梦想着制造另一种永动机,希望它不违反热力学第一定律,而且既经济又方便。比如,这种热机可直接从海洋或大气中吸取热量使之完全变为机械功。由于海洋和大气的能量是取之不尽的,因而这种热机可永不停息地运转做功,也是一种永动机。

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