非平衡态热力学简介.ppt

普里高京－－耗散结构Entropy fluxEntropy-production第十二节第十二节 非平衡态热力学非平衡态热力学一、开放系统的定态一、开放系统的定态Ø孤立系统中，自发变化朝着消除差别、均匀、混乱度孤立系统中，自发变化朝着消除差别、均匀、混乱度增加、作功能力减小的方向进行，这是一种趋于能量退增加、作功能力减小的方向进行，这是一种趋于能量退化的方向化的方向Ø生物界进化过程是从单细胞到多细胞，从简单到复杂，生物界进化过程是从单细胞到多细胞，从简单到复杂，从无序朝着有序性增加方向进行从无序朝着有序性增加方向进行Ø生物界的进化，与自发变化趋于无序的退化方向形成鲜生物界的进化，与自发变化趋于无序的退化方向形成鲜明对照，如何把这两种进程统一起来？明对照，如何把这两种进程统一起来？Ø热力学平衡态：热力学平衡态： ①①状态函数不随时间变化，即达到状态函数不随时间变化，即达到定态②②系统内部不存在物理量的宏观流动，如热流、系统内部不存在物理量的宏观流动，如热流、粒子流等粒子流等Ø非平衡的稳定态：又称定态，指体系的任何体积单元的非平衡的稳定态：又称定态，指体系的任何体积单元的热力学性质不随时间而变化的稳定状态。

热力学性质不随时间而变化的稳定状态ü孤立系统，定态就是平衡态；孤立系统，定态就是平衡态； 开放系统达到定态，不一定是平衡态开放系统达到定态，不一定是平衡态一、开放系统的定态一、开放系统的定态 Q Qd T2T1热导体稳定存在的前提是热导体稳定存在的前提是T1,T2保持不变保持不变例二例二 生物体在发展某一阶段可能处于宏观不变的定态，生物体在发展某一阶段可能处于宏观不变的定态，但生物体内进行新陈代谢过程，因此生物体不随时间变但生物体内进行新陈代谢过程，因此生物体不随时间变化的状态是非平衡定态，而不是平衡态化的状态是非平衡定态，而不是平衡态例一例一一、开放系统的定态一、开放系统的定态孤立系统：孤立系统：任意敞开系统：任意敞开系统：Entropy fluxEntropy-productionü熵流：熵流：系统与环境之间通过界面进行热量和物质交换时，系统与环境之间通过界面进行热量和物质交换时，进入或流出系统的熵变用进入或流出系统的熵变用deS表示表示,可正，负，零可正，负，零ü熵产生：熵产生：系统系统内部内部自然而然地发生趋向平衡态的自发不自然而然地发生趋向平衡态的自发不可逆变化，由此引起的熵变。

用可逆变化，由此引起的熵变用diS表示表示, diS 0二、熵流、熵产生和耗散结构二、熵流、熵产生和耗散结构（（1）孤立系统：）孤立系统：自发变化自发变化dS 0, 表示系统的熵将趋于最大，生物将表示系统的熵将趋于最大，生物将达到热力学平衡态，这样的系统，生命无法生存达到热力学平衡态，这样的系统，生命无法生存任意开放系统：任意开放系统：Entropy fluxEntropy-production二、熵流、熵产生和耗散结构二、熵流、熵产生和耗散结构(2)开放系统：如人体，摄入蛋白质，脂肪，淀粉等低熵开放系统：如人体，摄入蛋白质，脂肪，淀粉等低熵大分子，排出相对无序高熵小分子；此外不断对环境散大分子，排出相对无序高熵小分子；此外不断对环境散发热量和做功，所以体系的熵流为负值，且发热量和做功，所以体系的熵流为负值，且deS 的绝对值的绝对值很大当当系统将达到定态（非平衡体系的稳系统将达到定态（非平衡体系的稳定状态），生命将维持有序不变定状态），生命将维持有序不变当当说明系统将向更有序的方向发展，说明系统将向更有序的方向发展，生命进化生命进化耗散结构耗散结构( dissipative structures ) －－普里高京，－－普里高京，1977年诺贝尔奖。

年诺贝尔奖讨论讨论二、熵流、熵产生和耗散结构二、熵流、熵产生和耗散结构l健康的生物体，有血液流动、扩散、各种物质生化变化健康的生物体，有血液流动、扩散、各种物质生化变化等不可逆过程，体内熵产生等不可逆过程，体内熵产生l机体维持生命，保持有序状态，是靠吸入低熵排出高熵，机体维持生命，保持有序状态，是靠吸入低熵排出高熵，使使deS < 0l因此生物体从无序进入有序的耗散结构状态，与热力学第因此生物体从无序进入有序的耗散结构状态，与热力学第二定律并不相矛盾二定律并不相矛盾二、熵流、熵产生和耗散结构二、熵流、熵产生和耗散结构普里高京－－耗散结构Entropy fluxEntropy-production再见！再见！。