熵增原理与耗散结构

1、 熵增原理 与耗散结构福建省热电行业协会 方桂平 与一锅开水可以煮熟鸡蛋一锅开水可以煮熟鸡蛋一池温水永远不能一池温水永远不能 能量守恒定律地球上有大量的海水，它地球上有大量的海水，它的总质量约为的总质量约为1.41.410101818t t， 只要只要这些海水的温度降低这些海水的温度降低0.10.1度，就度，就能放出能放出5.85.810102323J J的热量，这相的热量，这相当于当于18001800万个核电站一年的发电万个核电站一年的发电量。量。第二种永动机第二种永动机第二种永动机第二种永动机第二种永动机第二种永动机 热力学第二定律热力学第二定律（克劳修斯克劳修斯 德国德国 1822182

2、218881888年年） 热力学第二定律热力学第二定律 （开尔文（开尔文 英国英国1824-1907 1824-1907 ） 凝汽发电能流图凝汽式抽汽凝汽式背压式汽轮机 熵熵 18501850年，德国科学家年，德国科学家_ _克劳修斯克劳修斯首次提出熵的概念首次提出熵的概念 在热力学中，熵是系统的状态函数在热力学中，熵是系统的状态函数 S =dQ/T S =dQ/T或或ds = dQ/Tds = dQ/T 其中，其中，S S表示熵，表示熵，Q Q表示热量，表示热量，T T表示表示温度。温度。 该表达式的物理含义是：一个系统的该表达式的物理含义是：一个系统的熵等于该系统在一定过程中所吸收（熵等于

3、该系统在一定过程中所吸收（或耗散）的热量除以它的绝对温度。或耗散）的热量除以它的绝对温度。 熵增熵增只要有热量从系统内的高温物体流向低只要有热量从系统内的高温物体流向低温物体，系统的熵就会增加：温物体，系统的熵就会增加：S =dQ1/T1+dQ2/T2S =dQ1/T1+dQ2/T2 假设假设dQ1dQ1是高温物体的热减量，是高温物体的热减量，T1T1是其绝对温度；是其绝对温度； dQ2 dQ2是低温物体的热增量，是低温物体的热增量，T2T2是其绝对温度，是其绝对温度，则：则：dQ1 = -dQ2dQ1 = -dQ2，T1T2T1T2于是上式推演为：于是上式推演为：S = |dQ2/T2|-S

4、 = |dQ2/T2|-|dQ1/T1| 0|dQ1/T1| 0熵增是一个自发的不可逆过程熵增是一个自发的不可逆过程 能量守恒能量守恒 但品位下降但品位下降 火力发电火力发电-损失约损失约60%60%的低位的低位热能，才将热能，才将40%40%高位热能转化为电（高位热能转化为电（功）。功）。 水泥水泥-将有活性的石灰石变成将有活性的石灰石变成没有活性的混凝士。没有活性的混凝士。 塑料塑料-将有大量化学能的石油将有大量化学能的石油变成少能量的塑料。变成少能量的塑料。Q Q 钢铁钢铁- 从有序到混沌从有序到混沌 （ 克劳修斯 ）u物质不灭、品位降低物质不灭、品位降低u能量守恒、质量下降能量守恒、质

5、量下降u（-273-273）没有温差，世）没有温差，世 界趋于寂静界趋于寂静-热的静寂热的静寂(heat death)(heat death) 有序有序 混沌混沌u植物生长植物生长u生命成长生命成长 耗散结构耗散结构 （ 普利高津 比利时19172003 ）u开放系统开放系统u远离平衡态远离平衡态u非线性作用非线性作用u涨落导致有序涨落导致有序 从混沌到有序从混沌到有序 （比）普里戈金、（法）斯唐热（比）普里戈金、（法）斯唐热 ）u生命科学生命科学u社会科学社会科学 生命与熵生命与熵 生命的成长生命的成长_负熵流负熵流 生命的平衡生命的平衡_ （正负熵的平衡）（正负熵的平衡） 生命的衰竭生命的

6、衰竭_ 疾病疾病 生理失调生理失调 （熵增）（熵增） 生命的整个过程是熵增的结果。生命的整个过程是熵增的结果。企业的生命周期企业的生命周期 创业期创业期 成长期成长期 成熟期成熟期 衰退期衰退期从有序到混沌从有序到混沌能源 熵增不可逆熵增不可逆 但可以延缓但可以延缓 熵增不可逆熵增不可逆 但必须延缓但必须延缓节能减排节能减排 循环经济循环经济可持续发展可持续发展 熵增不可逆熵增不可逆 但可以延缓但可以延缓u热电联产：热电联产：减少冷源损失，减少冷源损失，提高热功转换效率。提高热功转换效率。u资源综合利用：资源综合利用：减量化处减量化处理，资源化利用。理，资源化利用。 熵增不可逆熵增不可逆 但必须延缓但必须延缓建议建议u节约用电、合理用电节约用电、合理用电u工业锅炉节能环保工业锅炉节能环保 综合提升行动综合提升行动 有序有序 混沌混沌u从有序到混沌从有序到混沌u从混沌到有序从混沌到有序 社会组织 朝鲜：超稳定结构，超振荡状态朝鲜：超稳定结构，超振荡状态 前苏联：一夜倾覆前苏联：一夜倾覆 东欧的颜色革命：墙倒众人推东欧的颜色革命：墙倒众人推 如何成为百年老店如何成为百年老店 增加负熵流：增加负熵流： 内部：强化管理、加强沟通、营造氛内部：强化管理、加强沟通、营造氛围、正确价值观导向。围、正确价值观导向。 外部：对外开放，引入人才、导入新外部：