熵与热力学第二定律
熵
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把一副全新的扑克牌洗一洗,它绝不会自己又回到花色和数字都整整齐齐的排列。把一块方糖丢进茶里,它会溶解、散开,可溶掉的糖永远不会自己重新聚成一块方糖。熵就是解释这一切的“账本”:它是一个数,量度一个系统里能量和排列方式有多分散。在外表看起来不变的前提下,里头的小零件能被打乱的方式越多,熵就越高。
更确切地说,熵是系统的一个状态函数(符号 S),通常以焦耳每开尔文(J/K)为单位。当在温度 T 下缓慢、温和地往系统加入一小份热量时,熵的增加量等于这份热量除以 T。同样多的热量,加到冷物体上比加到热物体上能使熵增加得更多——这正是热量为什么总是从热流向冷、而不是反过来的深层原因。
它为什么重要:熵是自发变化的指南针。自然并不只是一味地让能量最小化,它倾向于走向那些能以最多方式实现的排列。但要小心一个常见的误解——熵并不真的等于“凌乱”,也不是每个自发过程看上去都很无序。诚实的定义讲的是数微观可能性、追踪热流,而不是房间看起来整不整齐。
在 0 °C 下把一摩尔冰熔化成水,约吸收 6.0 kJ 的热量。除以温度(273 K),得到熵增大约 22 J/K:晶体中排列僵硬的分子获得了彼此滑动的自由,而这个数所计量的,正是这份自由。
在某温度下吸收的热量,除以该温度,就得到熵变。
和能量只能测出变化不同,熵有一个绝对零点(绝对零度下的完美晶体熵为零)。因此每种物质都有一个列在表里的“标准摩尔熵”,可以直接查到。
又称
另见