第六章§6-1熱力學第零定律和第一定律§6-1熱力學第零定律和第一定律1.熱力學第零定律如果物體A和處于確定狀態的物體B熱接觸而處于熱平衡；另外有物體C和同樣的物體B也由于熱接觸而處于熱平衡，那么，物體A和物體C熱接觸就必定也處于熱平衡。熱力學第零定律：如果兩個物體都與處于確定狀態的第三物體處于熱平衡，則這兩個物體彼此也處于熱平衡。處于同一熱平衡狀態的所有物體都具有共同的宏觀特性：他們的冷熱程度都相等。這個宏觀性質就是溫度。溫度的這個定義和我們平常對溫度的理解（冷熱程度）是一致的。冷熱不同的物體，溫度是不相同的，一旦相互接觸，熱的會變冷，冷的會變熱，直到最后冷熱均勻，溫度成為相同而達到熱平衡。因此，溫度是決定一個物體是否能與其他物體處于熱平衡的宏觀性質。熱力學第零定律2.熱力學過程

熱力學系統：在熱力學中，一般把所研究的物體或物體組稱為熱力學系統，簡稱系統。如容器中的氣體分子集合或溶液中液體分子的集合或固體中的分子集合。熱力學狀態平衡態非平衡態平衡態1非平衡態平衡態2熱力學過程：系統從一個平衡態向另一個平衡態過渡的過程準靜態過程(平衡過程）若過程進展得很緩慢，所經歷的每一個中間過程系統都無限地接近平衡態。這時，狀態的變化過程可以用一系列的平衡態來描述，這種過程叫準靜態過程。非靜態過程系統從平衡態1到平衡態2，經過一個過程,平衡態1必首先被破壞，系統變為非平衡態，從非平衡態到新的平衡態所需的時間為弛豫時間。當系統宏觀變化比弛豫更快時，這個過程中每一狀態都是非平衡態。例1：外界對系統做功u過程無限緩慢，無摩擦。非平衡態到平衡態的過渡時間，即弛豫時間，約10-3秒，如果實際壓縮一次所用時間為1秒，就可以說是準靜態過程。外界壓強總比系統壓強大一小量△P，就可以緩慢壓縮。熱力學過程例2：系統（初始溫度T1）從外界吸熱從T1到

T2

是準靜態過程因為狀態圖中任何一點都代表系統的一個平衡態，故準靜態過程可以用系統的狀態圖，如P-V圖（或P-T圖，V-T圖）中一條曲線表示,反之亦如此。系統T1T1+△TT1+2△TT1+3△TT2熱力學過程1）功（過程量）做功是系統與外界進行能量交換，從而使系統的狀態發生改變的一種方式.準靜態過程功的計算宏觀有規則運動能量熱運動能量SPdl3功熱量內能2）熱量（過程量）

通過傳熱方式傳遞能量的量度，系統和外界之間存在溫差而發生的能量傳遞.1）都是過程量：與過程有關；宏觀運動(分子有規運動)分子熱運動(分子無規運動)功分子熱運動(分子無規運動)分子熱運動(分子無規運動)熱量2）功與熱量的物理本質不同.功與熱量的異同3）等效性：改變系統熱運動狀態作用相同；1卡=4.18J，1J=0.24卡實驗證明系統從A狀態變化到B狀態，可以采用做功和傳熱的方法，不管經過什么過程，只要始末狀態確定，做功和傳熱之和保持不變.4)內能（狀態量）2AB1**2AB1**系統內能的增量只與系統起始和終了狀態有關，與系統所經歷的過程無關.內能是系統狀態的單值函數。

理想氣體內能

:

表征系統狀態的單值函數,理想氣體的內能僅是溫度的函數

.2AB1**2AB1**內能是狀態量：實際氣體：4熱力學第一定律系統從外界吸收的熱量,一部分使系統的內能增加,另一部分使系統對外界做功.準靜態過程微小過程SP1E1QWSP2E21）能量轉換和守恒定律.第一類永動機是不可能制成的.2）實驗經驗總結，自然界的普遍規律.+系統吸熱系統放熱內能增加內能減少系統對外界做功外界對系統做功第一定律的符號規定物理意義§7-2熱力學第一定律對1.等體過程氣體的摩爾定體熱容1.1等體過程:

系統體積在狀態變化過程中始終保持不變。dv=0，dA=pdv=0摩爾定體熱容:一摩爾氣體在體積不變時，溫度改變1K時所吸收或放出的熱量。對理想氣體適于所有過程1(P1,V,T1)2(P2,V,T2)POV2.等壓過程:系統壓強在狀態變化過程中始終保持不變。P=恒量 12定壓摩爾熱容:

一摩爾氣體在壓力不變時，溫度改變1K時所吸收或放出的熱量。定壓摩爾熱容為定義比熱容比（邁耶公式）由氣體分子動理論，對剛性分子理想氣體：例6-1一氣缸中貯有氮氣，質量為1.25kg.在標準大氣壓下緩慢地加熱，使溫度升高1K.試求氣體膨脹時所作的功A、氣體內能的增量E以及氣體所吸收的熱量Qp.(活塞的質量以及它與氣缸壁的摩擦均可略去)因i=5,所以Cv=iR/2=20.8J/(molK)，可得解：因過程是等壓的，得3.等溫過程:系統溫度在狀態變化過程中始終保持不變。QT=const.124絕熱過程：系統在狀態變化過程中始終與外界沒有熱交換。

4.絕熱過程P12－－泊松公式消去dT得2絕熱線和等溫線絕熱過程曲線的斜率等溫過程曲線的斜率交點處絕熱線的斜率大于等溫線的斜率.常量常量A常量例題6-2設有氧氣8g，體積為0.4110-3m3，溫度為300K。如氧氣作絕熱膨脹，膨脹后的體積為4.110-3

m3。問：氣體作功多少？氧氣作等溫膨脹，膨脹后的體積也是4.110-3m3，問這時氣體作功多少？解:氧氣的質量為M=0.008kg，摩爾質量Mmol=0.032kg/mol。原來溫度T1=300K。另T2為氧氣絕熱膨脹后的溫度，則有：根據絕熱方程中T與V的關系式：得：以T1=300K,V1＝0.4110-3

m3,V2＝4.110-3

m3及=1.40代入上式，得：如氧氣作等溫膨脹，氣體所作的功為因i=5,所以Cv=iR/2=20.8J(molK)，可得：例6-3氮氣液化，把氮氣放在一個絕熱的汽缸中.開始時,氮氣的壓強為50個標準大氣壓、溫度為300K;經急速膨脹后,其壓強降至1個標準大氣壓,從而使氮氣液化.試問此時氮的溫度為多少?

解氮氣可視為理想氣體,其液化過程為絕熱過程.氮氣為雙原子氣體=--1CTpgg§6-3循環過程卡諾循環熱機發展簡介

1698年薩維利制成的世界上第一臺實用的蒸汽提水機，取得標名為“礦工之友”的英國專利。他將一個蛋形容器先充滿蒸汽，然后關閉進汽閥，在容器外噴淋冷水使容器內蒸汽冷凝而形成真空。打開進水閥，礦井底的水受大氣壓力作用經進水管吸入容器中；關閉進水閥，重開進汽閥，靠蒸汽壓力將容器中的水經排水閥壓出。待容器中的水被排空而充滿蒸汽時，關閉進汽閥和排水閥，重新噴水使蒸汽冷凝。如此反復循環，用兩個蛋形容器交替工作，可連續排水。紐科門在1705年發明了大氣式蒸汽機，用以驅動獨立的提水泵，當時蒸汽機的效率極低.1765年瓦特進行了重大改進，發明了設有與汽缸壁分開的凝汽器的蒸汽機，并于1769年取得了英國的專利大大提高了效率.在卡諾的時代，只有4－5％。卡諾為熱機產生的功率問題所吸引，他從一般的觀點提出問題：一架熱機的效率最大能達到多大？在1824年出版了他的研究結果，題為《論火的動力》小冊子。這本小冊子只有66頁的篇幅，也是他一生中唯一的科學著作。一．循環過程

系統由某一狀態出發，經過一系列變化過程后又回到初始狀態，這樣的周而復始的變過過程稱為循環過程。特點：1）P－V曲線為閉合曲線

負循環－致冷機正循環－熱機3）A＝Q，為閉合曲線所包圍的面積2）ΔE＝0系統向外界放熱系統從外界吸熱循環效率系統對外界作功高溫熱源低溫熱源Q1Q2A高溫熱庫T1低溫熱庫T22卡諾循環：準靜態循環，只和兩個恒溫熱庫交換熱量，由兩個等溫過程和兩個絕熱過程組成。熱學233(P3V3T2)2(P2V2T1)1(P1V1T1)4(P4V4T2)

O

V

pQ1Q2熱學233(P3V3T2)2(P2V2T1)1(P1V1T1)4(P4V4T2)

O

V

pQ1Q2T2.卡諾熱機的效率3-4等溫壓縮：1-2等溫膨脹：則4-1和2-3是絕熱過程：1）只與T1和T2有關，而與工質無關3）4）2）完成一次卡諾循環必須有兩個熱源結論：氣體在絕熱條件下，從大壓強空間經多孔塞緩慢遷移到小壓強空間的過程稱為節流過程或焦耳---湯姆遜過程。對真實氣體，節流膨脹后溫度發生變化。正焦耳--湯姆遜效應：節流膨脹后溫度降低；負焦耳--湯姆遜效應：節流膨脹后溫度升高。大壓強空間小壓強空間多孔塞理想氣體經歷節流過程后溫度不變。焦耳-湯姆孫實驗（補充）對1mol理想氣體經歷節流過程：這說明理想氣體經歷節流過程后溫度不變。真實氣體經歷節流過程后溫度變化說明分子間存在相互作用的勢能。實驗的應用：干冰的制作。使高壓二氧化碳從閥口的小孔噴射出來，從而使溫度降低，制成干冰。2．致冷機及其致冷系數致冷機：利用工質的循環過程，使熱量從低溫熱源向高溫熱源傳遞的裝置。致冷循環為負循環（逆時針）。致冷機致冷系數：一個循環中工質從冷庫中吸取的熱量Q2與外界對工質作所的功A的比值，稱為循環的致冷系數。3.卡諾致冷機的致冷系數

熱學233(P3V3T2)2(P2V2T1)1(P1V1T1)4(P4V4T2)

O

V

pQ1Q2A等溫過程：絕熱過程：3(P3V3T2)2(P2V2T1)1(P1V1T1)4(P4V4T2)

O

V

pQ1Q2結論：1）w只與T1和T2有關，而與工質無關2）介紹：空調機的循環—致冷機與熱泵原理的結合壓縮機作功，吸熱傳向高溫熱源氟里昂對臭氧層的破壞引起公害循環反應,破壞O3分子游離氧原子保護臭氧層保護地球表面免受某些具有破壞性的紫外線臭氧層：位于地面上空20-50km的同溫層中作用：輻射，控制地球氣溫（散熱片）介紹：用F,Cl,Br部分或全部取代碳氫化合物中的氫生成的化合物。:如:CCl2F2曬斑，雪盲，視力損害，皮膚癌，白內障…...植物生長率下降，海洋生物減少后果：紫外線輻射增強溫室效應氣候異常，農業、畜牧業受損，國土干燥化北極冰帽熔化，海平面上升，大陸被淹…...1987.9蒙特利爾1990.6倫敦會議決定2000年停止生產和消費氟里昂，發展中國家延長10年。解決途徑尋找純工質替代物（無Cl)磁致冷半導體致冷Nature:CH4例題6-4有一卡諾制冷機，從溫度為-100C的冷藏室吸取熱量，而向溫度為200C的物體放出熱量。設該制冷機所耗功率為15kW，問每分鐘從冷藏室吸取熱量為多少？每分鐘耗功為所以每分鐘耗功從冷藏室中吸取的熱量為此時,每分鐘向溫度為200C的物體放出的熱量為解:T1=293K,T2=263K,則例6－5內燃機循環之一：奧托循環兩個絕熱過程，兩個等體過程。絕熱壓縮cb?爆炸，等體升壓dc?作功，絕熱膨脹ed?等體放熱be?pVVV0Oabedcp0解：奧托循環的四個分過程如下：等體過程cd中吸熱等體過程eb中放出熱量pVVV0Oabedcp0從絕熱過程de及bc可得如下關系兩式相減得亦即壓縮比設=7,γ=1.4，則而實際上汽油機的效率只有25％左右。壓縮比圖中兩卡諾循環嗎？討論§6-4熱力學第二定律問題的提出是否滿足熱力學第一定律的過程就一定會發生？熱力學過程必須滿足熱力學第一定律。T1W=QQBT1Q1E=0WQ2T2一.熱力學第二定律的兩種典型表述1.開爾文表達不可能制成一種循環動作的熱機，只從單一熱源吸取熱量，使之全部變為有用功，而不產生其它影響。舉例等溫膨脹過程并不是循環。單熱源熱機（第二類永動機）是不可能制成的T1A=QQB理解“不產生其影響”的含義T2T1A=Q1-Q2Q2Q1BT1T2Q2A=Q1-Q2實際熱機最少要有兩個高低溫熱源（T1，T2），熱機的效率<100%AQ2Q1BT1T2表明了熱功轉化的不可逆性2.克勞修斯表達熱量不可能自動地從低溫物體傳向高溫物體而不引起其它變化。要使熱量從低溫物體傳給高溫物體，必須有外界做功。即致冷機的致冷系數不可能無限大。AQ2Q1BT1T2WQ2Q1＝Q2＋ABT1T2T2T1Q2A=Q1-Q2理解“不產生其影響”的含義

表明了熱量傳遞的不可逆性T1T2Q(T1>T2)T1T2Q(T1>T2)二.兩種表述的等效性1.如果開爾文表述不成立，則克勞修斯表述也不成立Q2Q2高溫熱源T1低溫熱源T22.如果克勞修斯表述不成立，則開爾文表述也不成立W=Q1-Q2BQ1-Q2高溫熱源T1低溫熱源T2§6-5可逆過程與不可逆過程卡諾定理可逆過程：系統狀態變化過程中,逆過程能重復正過程的每一個狀態,且不引起其他變化的過程。無摩擦的準靜態過程是可逆過程（是理想過程）實現的條件:過程無限緩慢,沒有耗散力作功。不可逆過程：在不引起其它變化的條件下，不能使逆過程重復正過程的每一個狀態的過程。1.可逆過程與不可逆過程WQ氣體的自由膨脹是不可逆過程.非自發傳熱自發傳熱高溫物體低溫物體熱傳導熱功轉換完全功不完全熱自然界一切與熱現象有關的實際宏觀過程都是不可逆的.熱力學第二定律的實質無序有序自發???君不見黃河之水天上來奔流到海不復回君不見高堂明鏡悲白發朝如青絲暮成雪不可逆過程

1）

在相同高溫熱源和低溫熱源之間工作的任意工作物質的可逆機都具有相同的效率.

2卡諾定理

2）工作在相同的高溫熱源和低溫熱源之間的一切不可逆機的效率都不可能大于可逆機的效率.(不可逆機)（可逆機）以卡諾機為例，有卡諾定理指出了提高熱機效率的途徑：

a.使熱機盡量接近可逆機；

b.盡量提高兩熱源的溫度差。§6-6熵玻爾茲曼關系

結論：

可逆卡諾循環中,熱溫比總和為零.熱溫比等溫過程中吸收或放出的熱量與熱源溫度之比.可逆卡諾機一熵概念的引進

如何判斷孤立系統中過程進行的方向？任一微小可逆卡諾循環對所有微小循環求和當時，則任意的可逆循環可視為由許多可逆卡諾循環所組成

結論:

對任一可逆循環過程,熱溫比之和為零.

在可逆過程中，系統從狀態1改變到狀態2,其熱溫比的積分只決定于始末狀態，而與過程無關.據此可知熱溫比的積分是一態函數的增量，此態函數稱熵.

二熵是態函數

可逆過程

**12ab可逆過程無限小可逆過程

熱力學系統從初態1變化到末態2，系統熵的增量等于初態1和末態2之間任意一可逆過程熱溫比（dQ/T）的積分.物理意義熵的單位**ABCDE可逆過程系統從狀態1（V1,p1,T1,S1），經自由膨脹(dQ=0)到狀態2（V2,p2,T2,S2）其中T1=T2，V1<V2，p1>p2，計算此不可逆過程的熵變。氣體在自由膨脹過程中，它的熵是增加的。2.自由膨脹的不可逆性設計一可逆等溫膨脹過程從1-2，吸熱dQ>0一個被隔板分為A、B相等兩部分的容器，裝有4個涂以不同顏色分子。開始時，4個分子都在A部，抽出隔板后分子將向B部擴散并在整個容器內無規則運動。隔板被抽出后，4分子在容器中可能的分布情形如圖2.自由膨脹的不可逆性不可逆過程的統計性質（以氣體自由膨脹為例）分布（宏觀態）詳細分布（微觀態）1464140abcdabcdabcdabcdabcdabcdabcdabcdabcdabcdabcd31221304abcdabcdabcdabcdabcd1個宏觀狀態所包含

的微觀狀態數共有24=16種可能的方式，而且4個分子全部退回到A部的可能性即幾率為1/24=1/16。

N

124

N

W0（左）一般來說，若有N個分子，則共2N種可能方式，而N個分子全部退回到A部的幾率1/2N.對于真實理想氣體系統N1023/mol，這些分子全部退回到A部的幾率為。此數值極小，意味著此事件永遠不回發生。從任何實際操作的意義上說，不可能發生此類事件，因為在宇宙存在的年限（1018秒）內誰也不會看到發生此類事件。熱力學第二定律的統計意義(不可逆過程的本質)在一個與外界隔絕的孤立系統內，系統從熱力學概率小的狀態向熱力學概率大的狀態進行的過程.或者說，由包含微觀狀態數目少的宏觀狀態向包含微觀狀態數目多的宏觀狀態進行。與之相反的過程，沒有外界的影響是不可能自動實現的。3熵與熱力學概率玻爾茲曼關系式W系統（宏觀）狀態所對應微觀狀態數或宏觀狀態出現的概率

熵----玻爾茲曼關系式玻爾茲曼系統某一狀態的熵值越大，它所對應的宏觀狀態越無序。孤立系統總是傾向于熵值最大。熱力學第二定律的統計意義的數學描述孤立系統內部發生的過程，總是由包含微觀狀態數目少的宏觀狀態向包含微觀狀態數目多的宏觀狀態進行。這是熵增加原理的微觀實質。熵的概念建立，使熱力學第二定律得到統一的定量的表述.§6-7熵增加原理熱力學第二定律的統計意義對于不可逆卡諾循環，分過程1a2為不可逆過程，2b1為可逆過程，由卡諾定理可知式中Q2

<0

由此可得熱溫比之和為------克勞修斯不等式

------克勞修斯不等式由克勞修斯不等式很容易得出熵增加原理。

在任意系統的不可逆絕熱過程中熵必然增加。這是由于dQ＝0，所以△S＞0熵增加原理：孤立系統中的熵永不減少.

孤立系統不可逆過程孤立系統可逆過程孤立系統中發生的任何不可逆過程，都導致了整個系統的熵的增加.系統的熵只有在可逆過程中才是不變的

熵增加原理成立的條件:孤立系統或絕熱過程.

熱力學第二定律亦可表述為：一切自發過程總是向著熵增加的方向進行.熵增加原理的應用：給出自發過程進行方向的判椐.熵增加原理與熱力學第二定律絕熱壁例求熱傳導中的熵變設在微小時間內,從A傳到B的熱量為.同樣，此孤立系統中不可逆過程熵亦是增加的.自然界中的種種變化，能量的總值雖然不變，但是能量可被利用的價值卻是越來越小，即能量的品質在逐漸降級。開爾文（1824-1907）畢業于劍橋大學聘為格拉斯哥大學自然哲學教授長達50年，曾任法國科學院院士，英國皇家學會會長引入三、熵增與能量退化對于我們來說，內能不如機械能、電能好用，只能部分用于做功，總有一部分內能散發到低溫環境中，因此，內能是一種低品質的能，當其他能量轉化為內能時，能量的品質就降低了。實際問題燃料熱機機械功利用價值高的能量利用價值低的能量能量的品質“退化”當我們使用地球上的能源時，并不會減少地球上的能量，而是將能量中高度有用的能量形式降低為不大可用的能量形式。1.能量耗散：流散的內能無法重新收集起來加以利用的現象叫做能量耗散．2.能量耗散從能量轉化的角度反映出自然界中的宏觀過程具有方向性．熵是能量不可用程度的量度，表示孤立系統內能量的耗散和退化程度。熵增加意味著系統能量中成為不可用能量的程度在增大，這叫做能量的退化。四、熵增與熱寂熱力學兩條定律意味著：（1）宇宙的能量是常數；（2）宇宙的熵趨于一個極大值。有效物質耗盡時，是一片“物質混亂”-整個宇宙的大混亂和大混沌。那就是說，全宇宙將達到熱平衡，進入熱寂狀態。“熱寂”困擾著19世紀的物理學家

在所有一切自然現象中，熵的總值永遠只能增加，不能減少，…宇宙的熵力圖達到某一最大值，…宇宙越接近這個極限狀態，宇宙就越消失繼續變化的動力。最后當宇宙達到這個狀態時，宇宙就不能再發生任何大的變動，這時宇宙將處于某種惰性的死的狀態中。

---Clausius“論熱力學第二定律”(1867)卡農、喬治·梅特勒的大爆炸學說認為，宇宙是以有序的狀態開始，不斷地向無序狀態發展，它與熱力學第二定律是相符的。熱力學第一定律說明能量是守恒的、不滅的，只能從一種形式轉變到另一種形式；熱力學第二定律（熵定律）卻表明：能量不可逆轉地沿著一個方向轉化，即從對人類來說是可利用的變為不可利用的狀態。有效能量告罄時，是“熱寂”──死寂的熱平衡狀態。第二定律意味著整個宇宙最終將處于溫度均勻的狀態，……自此以后，宇宙將陷入永恒的靜止狀態。--Helmholzt--這條原理（熱力學第二定律）只意味著廢墟的體積不斷增大--亞當斯--三是認為宇宙是無限的，不是封閉的，因而不能把“熱二”定律推廣到全宇宙.當時批判“熱寂說”的觀點主要的有以下幾種：放射到太空中去的熱一定有可能通過某種途徑（指明這一途徑，將是以后自然科學的課題）轉變為另一種運動形式，他能夠重新集結和活動起來。---恩格斯---熱平衡伴隨著漲落現象，而后者是不遵守熱力學第二定律的。---Boltzmann--現在我們認識到，為什么現實的宇宙并沒有達到熱寂狀態，主要是基于以下兩點：一是宇宙在膨脹，二是引力系統乃具有負熱容的不穩定系統.宇宙早期是處于熱平衡的高溫高密度“羹湯”，從這一單調的渾沌狀態開始，在膨脹的過程中一步步發展出愈來愈復雜的多樣化結構.在宇宙范圍里萬有引力起主導作用。引力系統的特點是不穩定性，某處因漲落密度稍有增加，那里就會對周圍物質產生較強的吸引力，吸引更多的物質靠攏過來，聚結出一些尺度不同的團塊來，使局部的密度進一步增大。于是，在微觀上形成了原子核、原子、分子，在宏觀上演化出星系團、星系、恒星、形成星系、星系團、超星系團等結構。哈勃紅移與宇宙膨脹：1929年，美國天文學家哈勃通過研究星系的光譜線的紅移規律得出宇宙在整體膨脹的結論。天體系統是自引力系統,按照位力定理,得到能量時動能減少,從而溫度降低;失掉能量時動能增加,從而溫度升高。對于自引力系統來說需要減少能量來提高它們的溫度,即它們具有負的“熱容量”。負熱容系統都是不穩定的,所以自引力系統是不穩定的。比如天文觀測上萬有引力使恒星收縮，因而引力勢能降低，所降低的引力勢能的一部分以熱輻射形式向外界放熱，另一部分能量使自身溫度升高。從幼年期恒星變為主序星，就依靠恒星的引力收縮，多方負熱容可使星體溫度升高到能產生熱核反應的溫度.

對于靜態的封閉系統，熵才有固定的、平衡態的極大值。對于引力系統，密度均勻態并不是概率最高的.具有負熱容的系統是不穩定的，它沒有平衡態，不能把通常的“熱二”定律用于其上.由于不存在平衡態，因此，熱力學第二定律根本不適用于存在自引力系統的宇宙，熱寂論也就無從談起了。13：50-48：03；01：23-§6-8信息熵許多物質結構都是在熱力學平衡條件下出現的平衡結構（如晶體結構）。耗散結構是指處在遠離平衡態的開放系統在外界能量流或物質流的維持下，通過自組織形成的一種新的有序結構。貝納爾對流：從下方加熱的液體，當上下液面的溫度差超過某一特定的閾值時，液體中便出現一種規則的對流格子，它對應著一種很高程度的分子組織，這種被稱為貝納爾流圖像，就是液體中的一種耗散結構。物理、化學家與生物學家的爭論按照達爾文進化論的觀點：生命的發生和物種的進化，都是從低級到高級、從無序到有序的變化。生物體中的自組織現象麥克斯韋妖MaxwellDemon小精靈(麥克斯韋妖)把守住氣體容器內隔板上的一個小門，假設隔板絕熱，小門沒有摩擦。小精靈可以判斷分子運動速度，他只允許左側運動速度高的分子到右側，這樣無需作功，經過一段時間可達到使左側溫度降低并使右側溫度升高的效果。孤立系統的熵減少了。再談麥妖1927年，匈牙利一個叫西拉德的人指出：麥妖要識別快、慢分子，必須使用“電筒”或“燈光”探測。當光被分子散射后，麥妖接收此散射光，才能知道該分子是快分子還是慢分子，并依據此決定是否開啟小門。西拉德的這一判斷過程，會使“電筒”或“燈”在發光時產生熵增加，因為電和光都導致發熱。根據西拉德的計算，這一熵增加將超過麥妖控制小門所獲得的熵減小，故最后總熵仍是增大的。西拉德的設想使得信息與熵之間第一次建立了聯系，減小熵是以獲得信息為前提的。麥克斯韋妖的功勛使我們把信息和熵聯系起來，信息是什么?現代社會信息概念甚廣，不僅包含人類所有的文化知識，還概括我們五官感受的一切，信息的特征在于能消除事情的不確定性。例如電視機出了故障，對缺少這方面知識的人來說，他會提出多種猜測，而對于一個精通電視并有修理經驗的人來說，他會根據現象準確地說出毛病之所在。前者這方面知識（信息量）少，熵較大，后者這方面知識（信息量）多，熵較小。開放系統熵的變化孤立系統開放系統（和外界有能量交換和物質交換的系統叫開放系統）開放系統的熵變系統與外界交換能量或物質而引起的熵流系統內部不可逆過程所產生的熵增加即：在開放或封閉系統，只要有足夠大的負熵流存在，則不可逆過程可以導致體系趨于有序的狀態。1)熵與信息關聯信息論的創始人是美貝爾電話研究所的數學家Shannon信息論中的熵：信息的度量單位：由信息論的創始人Shannon在著作《通信的數學理論》中提出、建立在概率統計模型上的信息度量。他把信息定義為“用來消除不確定性的東西”。從量的方面描述了信息的傳輸和提取問題，創立了信息論。于是信息論首先在通信工程中得到廣泛應用，為信息科學的研究奠定了初步的基礎。

將信息熵比喻為信息世界的“萬有引力”不確定性，就是信息的“萬有引力”。信息如果是一只蘋果，不確定性，就是引導它從樹上掉下來的那個“力”。信息論：負熵是信息量多寡的量度.通常的事物常具有多種可能性，最簡單的情況是具有兩種可能性.在信息論中，把從兩種可能性中作出判斷所需的信息量叫做1比特（bit）,這就是信息量的單位令

，則可得到常數

假定一個信息量是n個相互獨立的選擇的結果，其中每個選擇都是在0或1中作出，則這個信息量的可能的選擇數W值為于是信息量單位稱為比特(bit)，在通信中廣泛使用，是計算機中(對內存、硬盤和軟盤容量的計算)的最小存儲單位。1個字節是8個比特(1byte=8bit)，它容得下一個8位二進制數，或說它可記住256個(28)可能狀態中究竟是哪一個

從4張花色不同的牌中判斷出某一張牌的花色所需的信息量是2bit.從8種可能性中做出判斷所需的信息量是3bit,從16種可能性中作出判斷需要4bit的信息量等.實際上信息是熵的對立面，獲得信息使不確定度減少，即減少系統的熵。信息熵的減少事件不確定性的減少結構信息