
【化】 entropy generation; entropy production
熵产生(Entropy Production)是热力学与统计物理学的核心概念,指系统在不可逆过程中由于能量耗散或物质输运导致的总熵增量。其数学定义为: $$ Delta S = int frac{delta Q{irrev}}{T} + S{gen} $$ 其中$S{gen}$为熵产生项,始终满足$S{gen} geq 0$。该公式由德国物理学家鲁道夫·克劳修斯(Rudolf Clausius)在热力学第二定律框架下提出,现已成为非平衡态热力学的基石理论。
根据诺贝尔化学奖得主伊利亚·普里高津(Ilya Prigogine)的耗散结构理论,熵产生揭示了开放系统在远离平衡态时的自组织机制。例如在生物体内,通过ATP水解产生的熵增驱动细胞代谢,同时维持生命有序状态。这种局域熵减以全局熵增为代价的现象,印证了热力学定律的普适性。
当前研究证实,熵产生率可作为量化能量转换效率的关键参数。美国物理学会期刊《Physical Review E》最新实验表明,纳米级热机在最大功率输出时,其熵产生率约为$10^{-21}$ J/(K·s)。该数值为微尺度能量器件的优化设计提供了理论依据。
参考文献:
熵产生(Entropy Production)是热力学中描述系统在非平衡态过程中由于不可逆性导致的熵增加的物理量。以下是详细解释:
熵产生指系统在不可逆过程中内部生成的熵增量,通常由能量耗散、物质扩散等非平衡过程引起。例如,热量从高温物体传递到低温物体时,虽然总能量守恒,但系统因温度差异导致的不可逆性会生成熵。
根据热力学第二定律(熵增定律),孤立系统的总熵不会减少。而熵产生是这一规律在非平衡态系统中的具体体现:
如需进一步了解,可参考热力学教材或非平衡态热力学相关文献。
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