浅谈熵的意义|蒸汽节能技术_蒸汽节能工程

“熵”由德国物理学家克劳修斯在1850年提出，它用来表示任何一种能量在空间中分布的均匀程度。能量分布越均匀，熵就越大。从物质微观特性来看，熵是组成系统的大量微观粒子混乱或无序程度的量度。系统越无序和混乱，熵就越大。因此，同样的物质，固态时熵值最小，气态时熵值最大。

熵变包含两个环节：熵产生和熵交换。系统的不可逆性导致了熵的产生。系统之间或系统与环境之间物质和能量的交换引起了熵的交换。一个容器中盛满气体，所有气体分子皆有动能，但无论大量的气体分子动能有多大，都无法使伸入到容器内的叶轮转动。这是由于容器内的气体分子杂乱无序，驱使叶轮转动的气体分子数量和朝相反方向阻止叶轮转动的气体分子数量旗鼓相当。这说明，过高的熵值降低了系统做功的能力和其创造更大价值的潜力。

从热力学的角度看，能量的数量始终保持不变，即能量是守恒的，既不能不能自行产生，也不能自行毁灭，这就是热力学第一定律，它描述的是能量的数量问题，没有阐明做功和热传递之间的区别。实际上，做工过程中没有发生熵变，而在热传递过程中伴随着熵的变化。熵的大小反映系统所处状态的稳定程度，熵的变化指明热力学过程进行的方向。热力学第二定律指出，在能量转移过程中，若伴随着熵的转移，则其为热传递；若没有熵的变化，则其为做功过程。在做功过程中只有能量的转移，而在热传递过程中既有能量的传递，又有熵的转移。功可以全部转化为热，但任何热机不能全部地、连续不断地把所接受的热量转变为功。热力学第二定律实际上描述的是能量的质量问题，在不可逆绝热过程中能量的质量总是朝着降低的方向变化，是熵增的过程，所以热力学第二定律也称作熵增定律。在高温物体放热给低温物体时，低温物体的熵增大于高温物体的熵减，使得高温物体和低温物体组成的系统净熵值增加，能量分布趋于均匀。

熵可反映出热能转换的方向和转换程度。随着能量转换的进行，系统趋于平衡，熵值逐渐变大。这表明尽管在此过程中能量总值不变（守恒），即能量的数量不变，但可供利用和转换的却越来越少，即能量的质量在下降。熵的原理也适用于日常生活中的许多方面。对于建筑规模和藏书量完全相同的两家图书馆，一家将所有图书堆积一起，另一家对图书进行分类和分架摆放并设置索引便于查询。前者书籍混乱无序，熵值较高，虽然藏书海量，但经常一书难求，而后者就大不同，熵值低，书籍查询方便。另外，对于两本主题和内容相同的书，如果一本排版井然有序、目录层次分明，而另一本却编排混乱、各章节衔接无序，那么后者的高熵值必然会浪费读者时间和降低读者阅读和学习效率，而前者却因熵值较低为读者带来方便和效率。