 （49）
从微观统计角度讲，物体所有组成粒子的不同能同类时空结构形态变换，无先后或主次区别，可以说是地位等同。假设同时刻t所有粒子的热内能ε平均值为 ，t +∆t 的热内能平均值为 ，令∆ = — ，显然∆同时等于所有粒子的热内能变化∆ε的统计平均。物体内能密度变化∆u =∑∆εi = n ∆ ，n为粒子数密度。则可用（50）式来代表物体热内能u因所有粒子同时进行时空结构形态变换产生的∆u 变化，引起的现实时间变换值（时间增长∆t）：
 （50）
其中，T为温度，k为玻尔兹曼常数，h为普朗克常数。式（50）用kT代替式（49）中的∆，体现热统计系统跃迁变换的连续均衡意义。
（50）式给出了一个普遍的非平衡态物体的宏观状态的演变时间关系。简单计算可知，其基本上是以不大于10-12秒进行“时间连续变换”的过程。按照此逻辑，可以估算出非平衡态物体的演化时间进程甚至寿命。
2.2.4.2 熵、热力学第二定律
传统热力学中熵的定义：任意一个从状态1到状态2的可逆过程，熵变化∆S为熵函数S2与S1 之差：
∆S = S2 — S1 =∫12 đQ/T （51）
即，可逆过程，∆S =∆Q/T ，∆Q = T ∆S ，∆Q /∆S = T （52）
这定义只是确定了相对熵的概念。
玻尔兹曼熵S定义为： S = k ㏑MШ=– k H （53）
其中k为玻尔兹曼常数，H函数为–㏑MШ，MШ=∏MШi 为稳定态态函数的简并度。
本文已经提到，玻尔兹曼熵S定义，实为多粒子体系热混乱程度的℧=㏑MШ的一种描述形式， S = k ℧。
由定理2可知，单物态稳定态，物体的热内能与物体总时空结构形态集元素数MШ（即简并度）是单调递增关系，即对于确定热内能u的物体状态，稳定态时物体总时空结构形态集元素数MШ取最大值；对于确定的时空结构形态集元素数MШ的物体状态，稳定态时物体热内能u取最小值。也就是说，任何孤立物体达到稳定态时，玻尔兹曼熵值最大。这是多粒子体系符合统计规律的必然结果，稳定态即为统计平均态，也即最大几率状态。
再讨论∆S =∆Q/T 定义。∆U =∆W+∆Q，则，∆S =∆Q/T=（∆U −∆W）/T。
绝热可逆过程，∆U =∆W ，∆S=0，内能变化（热内能或结构能）等于外界做功。热力学体系内能增加，引起的有序结构能增加，不会增加系统微观随机状态量，并可以完全逆变为对外做功；而外界做功增加的热内能部分，可以引起物体升温，并可能增加物体的微观随机状态量（即增加玻尔兹曼熵），但无序热能一般不可能完全逆变为对外做功。作为可逆过程，热力学系统任何一个变动过程都可以对称还原，所以绝热可逆过程的外界功∆W可以全部变为物体内能∆U中的有序结构能。绝热可逆过程，没有外界引导的无序热辐射跃迁，外界做功变为的有序结构能，可能是多粒子体系原有全部能级的某种有序偏移（如带隙一同变大或一同变小，或系统整体势能变化），系统总简并态数量没有变化，但时空结构形态的空间结构发生有序改变，产生光热量子的能级跃迁宽度变化，引起光量子集能量密度的变化，因此，绝热可逆过程可能伴随系统温度变化，但系统总微观熵可保持不变。气体绝热膨胀或压缩并与外界交换功的过程是个特例，理论上可以实现可逆的热气体绝热膨胀并对外做功过程，这个过程总微观熵之所以保持不变，是因为系统总微观熵与体积和粒子能级均呈正比关系，而粒子能级又与体积膨胀呈反比关系，两者相抵造成热气体可逆绝热膨胀过程系统总微观熵保持不变。
无做功可逆过程，内能∆U =∆Q ，系统粒子吸收外热直接跃迁到更高能级，增大系统随机态数量，多一个光子多一个状态，光热内能的增加直接增加了系统混乱度。
∆U=0，无内能变化可逆过程，∆Q =−∆W，∆S =∆Q /T =−∆W/T 。无内能变化可逆过程，一般是有序能减少变为对外做功、无序能等值增加过程，系统混乱度也是由所吸收的光热∆Q决定。
综上所述，传统热力学中∆S熵定义，微观统计意义上，基本上与玻尔兹曼熵内涵一致。
以上有关物体内能与外界功和热的转化关系，非常有益于指导实践活动。要将物体内能、热量等，变成更多的有用功，构筑系统微观的多层次的有序结构是关键。根据上述讨论，功能转化，可逆绝热过程效率可能达到100%；热功转化，即使能找到一种可以实现无内能变化的可逆过程的物质，也是不可能持续将吸热∆Q 变成有用功−∆W的，物质减少的有序能需要不断补充、增加的热无序能需要不断释放。以间歇可逆等温吸热做功、配合间歇可逆绝热恢复系统有序能为工艺的热功转化系统，是可以实现高效热功转化的装备。 13/30 首页 上一页 11 12 13 14 15 16 下一页 尾页 |
