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说说自己对熵的一点理解

已有 633 次阅读 2019-12-7 22:20 |个人分类:一日三省|系统分类:科研笔记

       ”熵“,在物理统计热力学有,在信息论上有,在社会科学也有,而且定义也非常有特点。本来是
度量一个热力学系统的无序程度,一个封闭系统,熵不会自动减少,有增长的趋势。在信息论里面,熵是对不确定性的测量。从哲学上,可以按定义来理解。进一步说,只要符合上面的定义,大家都可以定义自己的熵公式。”熵“只是定义了一个性质,打开了一个世界。

       在热机和制冷压缩机应用上,因涉及到做功的问题,研究人员为了方便,就把熵变化定义为:传热量变化除以温度,即:


          为什么这么定义?1、公式符合熵的定义;2、与热机或者制冷压缩机的模型一致。我们都知道火力发电厂要发电,需要烧煤加热。另一方面还有一些高大的散热塔,进行散热。一方面需要加热,另一方面需要散热,如果不了解就很奇怪。实际就与这个公式相关。

        假设开始有“一团热蒸汽”,从被加热开始,温度越来越高。因为有传热Q,那么熵也增加,因为温度T很高,虽然传进去很多热,但是熵增不多。第二部,热蒸汽到了800度(只是假设),开始对外做功。对外做功就要降温,比如说降到了100度。因为没有Q变化,熵也没变。到了100度,火电厂用凉水给热蒸汽降温,同时进行压缩。因为Q减少,“一团热蒸汽”的熵就要减少了,因温度低,虽然散热量少,但是熵正好等于加热的时候增加的熵。然后开始第二个循环,再对“这团蒸汽加热”,等到“800”度,再让热蒸汽对外做功,继续循环。蒸汽做功导致体积增大,如果循环不停,就要不停进行增加,变小,增大,变小。在这个过程中,科学人员设计了熵的公式,正好能描述能量变化。

        在信息论上,同样借用了“熵"的概念,定义公式就不写了。其中有一个“取对数”操作。为什么这么定义熵?因为信息是标识,即是符号。在数学上,我们书写多采用了十进制(电脑采用二进制)。以10进制举例。要对1000个物体进行标识,正好用3位数,从000~999,所以就采用了”取对数”。

       ”熵“表现为一种性质,可根据需要进行定义,满足实际的生产和生活需要。因为物质不灭、能量也不灭,只是改变了形式。为了描述“改变过程”,就需要相应的数学模型,从而指导现实的生活。

       最近,环保风暴越刮越紧。有一个问题,可能很多人会思考。工业废水中大部分绝大部分不是垃圾,而是资源,比如磷、氮等。为什么工厂排出去了,不回收利用,也可以用熵来描述。因不是很了解,只能提一下。比如提纯的问题,为了描述提纯的成本,是不是可用熵来表示?

       比如说垃圾分类,为什么垃圾分类?垃圾混在一起,熵增加了,处理成本增加。同样,如果我们的办公室里很乱,那么找东西就很困难,办公效率降低。所以需要增加一些柜子,把东西分类放置。

      

      



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