
【化】 entropy generation; entropy production
熵産生(Entropy Production)是熱力學與統計物理學的核心概念,指系統在不可逆過程中由于能量耗散或物質輸運導緻的總熵增量。其數學定義為: $$ Delta S = int frac{delta Q{irrev}}{T} + S{gen} $$ 其中$S{gen}$為熵産生項,始終滿足$S{gen} geq 0$。該公式由德國物理學家魯道夫·克勞修斯(Rudolf Clausius)在熱力學第二定律框架下提出,現已成為非平衡态熱力學的基石理論。
根據諾貝爾化學獎得主伊利亞·普裡高津(Ilya Prigogine)的耗散結構理論,熵産生揭示了開放系統在遠離平衡态時的自組織機制。例如在生物體内,通過ATP水解産生的熵增驅動細胞代謝,同時維持生命有序狀态。這種局域熵減以全局熵增為代價的現象,印證了熱力學定律的普適性。
當前研究證實,熵産生率可作為量化能量轉換效率的關鍵參數。美國物理學會期刊《Physical Review E》最新實驗表明,納米級熱機在最大功率輸出時,其熵産生率約為$10^{-21}$ J/(K·s)。該數值為微尺度能量器件的優化設計提供了理論依據。
參考文獻:
熵産生(Entropy Production)是熱力學中描述系統在非平衡态過程中由于不可逆性導緻的熵增加的物理量。以下是詳細解釋:
熵産生指系統在不可逆過程中内部生成的熵增量,通常由能量耗散、物質擴散等非平衡過程引起。例如,熱量從高溫物體傳遞到低溫物體時,雖然總能量守恒,但系統因溫度差異導緻的不可逆性會生成熵。
根據熱力學第二定律(熵增定律),孤立系統的總熵不會減少。而熵産生是這一規律在非平衡态系統中的具體體現:
如需進一步了解,可參考熱力學教材或非平衡态熱力學相關文獻。
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