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熵
,== 概述==
熵是[[热力学]]中用以说明热学过程不可逆性的一个[[比较]]抽象的物理量，由克劳修斯（R. Clausius）于1865年首先提出，选用了希腊语中“Entrop”（原意是“转变”）一词来表示，用以描述热量可以转变为功的程度。例如，热量只能从温度较高的物体[[转移]]到温度较低的物体而不能沿[[相反]]方向转移；在摩擦中机械功被耗散而变为热，但摩擦所[[发生]]的热却不能反过来再转变为机械功。在热学过程中，用熵来描述热的转化的不可逆性；用熵值的[[大小]]来描述这种不可逆的转化已经完成的程度。熵值大，能做功的热量小；熵值小，能做功的热量大。对于一个[[能量]]已定的[[系统]]来说，其熵值可以从零变化到最大。当熵值为零时，表征该系统的热量可以全部做功；当熵值为最大时，表征该系统已经没有可以再做功的能量。
热力学[[规定]]，如果一个系统的绝对温度为T，该系统所含的热量为Q，用S来表示熵，则S=Q/T。由于S是Q除以T的商数，故中文用表征热力学商的“熵”字来表示。在式中，如果系统的绝对温度T的值小而热量Q的值大，则熵S的值大，表明该系统能做功的热量小；反之，如果系统的绝对温度T的值大而热量Q的值小，则熵S的值小，表明该系统做功的热能大。在热运动中，如果有热量△Q从温度（T1）较高的系统转移到温度（T2）较低的系统，那么温度较高的系统所减少的熵为△Q/T1，而温度较低的系统所增加的熵为△Q/T2。由于T1>T2，所以△Q/T1<△Q/T2。这样，若把二系统并起来看作为一个系统时，它的总的熵值是增加的。同样，摩擦生热，两个摩擦物体的熵也有增加。就是说，[[孤立系统]]中实际发生的过程必然要使它的熵增加，这一规律用热力学第二定律来描述。
克劳修斯指出，熵（Entropie）和能（Energie）的字形字意十分接近。能这一概念从正面量度着运动转化的[[能力]]，能越大，运动转化的能力越大；熵这一概念从反面量度着运动转化的能力，熵越大，运动丧失转化的能力越大，即运动不能转化或转化已经完成的程度越大。所以，熵表示着系统内部能量的“[[退化]]”、“贬值”；熵越大，其能量可利用的程度越小；熵极大，系统达到[[热力学平衡态]]。这样，可以用熵的变化来判定系统所发生过程的进行方向，以及是否达到[[平衡态]]。因热是实物粒子的混乱运动，熵越大对应着系统内粒子运动越[[无序]]，所以可把熵值看作是热力学系统状态无序程度的度量。1877年玻尔兹曼（L. Boltzmann）在统计力学中得出了熵的统计表达式，指出熵是系统可能达到的状态的数目的对数，它表明，一种[[宏观]]状态所对应的[[微观]]状态的数目越多，则这种宏观状态出现的[[概率]]就越大，也就表示这种宏观状态越无序，其熵值也越大。这样，玻尔兹曼的熵定义就比克劳修斯的熵定义更为广泛，从广义上成为系统无序程度的量度。
== 影响熵值的因素==
1872年玻尔兹曼首先对熵给予微观的解释，他认为：在大量微粒（[[分子]]、[[原子]]、[[离子]]等）所构成的体系中，熵就代表了这些微粒之间无规排列的程度，或者说熵代表了体系的混乱度。可见熵是用来描述体系状态的，因此它是[[状态函数]]，同时熵也与体系所含[[物质的量]]有关。影响熵值的因素如下：
①同一物质：S（高温）＞S（低温），S（低压）＞S（高压）；S（g）＞S（l）＞S（s）；
②相同条件下的不同物质：分子[[结构]]越复杂，熵值越大；
③S（[[混合物]]）＞[[MS]]（[[纯净物]]）；
④对于化学[[反应]]，由固态物质变成液态物质或由液态物质变成气态物质（或[[气体]]物质的量增加的反应），熵值增加。
研究发现，一个孤立体系自发过程总是朝着熵增加的方向进行，当熵增加到最大时，体系达到[[平衡]]。这叫做[[熵增加原理]]。根据这一原理，我们得到了对于孤立体系的熵判据：
ΔS孤＞0 自发
ΔS孤=0 平衡
ΔS孤＜0 非自发
利用熵判据能够对孤立体系中发生的过程的方向和限度进行判别。如：把氮气和[[氧气]]于一个容器内进行混合，体系的混乱程度增大，熵值增加（即ΔS＞0），是一个自发进行的过程；相反，欲使该气体混合物再[[分离]]为N2和O2，则混乱度要降低，熵值减小（ΔS＜0），在孤立体系中是不可能的。当然，若[[环境]]对体系做功，如利用加压降温液化分离的[[方法]]可把此混合气体再分离为O2和N2，但此时体系与环境之间发生了能量交换，故已不是孤立体系了。
== 生命科学和医学中的熵概念==
将熵概念引入[[生命科学]]和[[医学]]具有重要意义。新兴的[[生物热力学]]对[[生命]][[活动]]中的热运动和熵变化正作出深入研究。人的生命活动是一个复杂的热力学系统，熵的变化是生理、病理、治疗的纵深性内容，由此可以揭示目前医学尚未明了的一些深层规律。[[中医学]]中的[[阴阳]]、[[气化]]、[[寒热]]、[[虚实]]等理论，实际已反映着[[人体]]熵变化的一些内容。70年代以来已正式提出了“[[熵病]]”概念，开始探讨这一深层病理。已有的研究证明，“熵病”和中医学的“证”在内涵上十分一致，由此可以推进对“证”本质研究的深化发展。
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熵是[[热力学]]中用以说明热学过程不可逆性的一个[[比较]]抽象的物理量，由克劳修斯（R. Clausius）于1865年首先提出，选用了希腊语中“Entrop”（原意是“转变”）一词来表示，用以描述热量可以转变为功的程度。例如，热量只能从温度较高的物体[[转移]]到温度较低的物体而不能沿[[相反]]方向转移；在摩擦中机械功被耗散而变为热，但摩擦所[[发生]]的热却不能反过来再转变为机械功。在热学过程中，用熵来描述热的转化的不可逆性；用熵值的[[大小]]来描述这种不可逆的转化已经完成的程度。熵值大，能做功的热量小；熵值小，能做功的热量大。对于一个[[能量]]已定的[[系统]]来说，其熵值可以从零变化到最大。当熵值为零时，表征该系统的热量可以全部做功；当熵值为最大时，表征该系统已经没有可以再做功的能量。
热力学[[规定]]，如果一个系统的绝对温度为T，该系统所含的热量为Q，用S来表示熵，则S=Q/T。由于S是Q除以T的商数，故中文用表征热力学商的“熵”字来表示。在式中，如果系统的绝对温度T的值小而热量Q的值大，则熵S的值大，表明该系统能做功的热量小；反之，如果系统的绝对温度T的值大而热量Q的值小，则熵S的值小，表明该系统做功的热能大。在热运动中，如果有热量△Q从温度（T1）较高的系统转移到温度（T2）较低的系统，那么温度较高的系统所减少的熵为△Q/T1，而温度较低的系统所增加的熵为△Q/T2。由于T1>T2，所以△Q/T1<△Q/T2。这样，若把二系统并起来看作为一个系统时，它的总的熵值是增加的。同样，摩擦生热，两个摩擦物体的熵也有增加。就是说，[[孤立系统]]中实际发生的过程必然要使它的熵增加，这一规律用热力学第二定律来描述。
克劳修斯指出，熵（Entropie）和能（Energie）的字形字意十分接近。能这一概念从正面量度着运动转化的[[能力]]，能越大，运动转化的能力越大；熵这一概念从反面量度着运动转化的能力，熵越大，运动丧失转化的能力越大，即运动不能转化或转化已经完成的程度越大。所以，熵表示着系统内部能量的“[[退化]]”、“贬值”；熵越大，其能量可利用的程度越小；熵极大，系统达到[[热力学平衡态]]。这样，可以用熵的变化来判定系统所发生过程的进行方向，以及是否达到[[平衡态]]。因热是实物粒子的混乱运动，熵越大对应着系统内粒子运动越[[无序]]，所以可把熵值看作是热力学系统状态无序程度的度量。1877年玻尔兹曼（L. Boltzmann）在统计力学中得出了熵的统计表达式，指出熵是系统可能达到的状态的数目的对数，它表明，一种[[宏观]]状态所对应的[[微观]]状态的数目越多，则这种宏观状态出现的[[概率]]就越大，也就表示这种宏观状态越无序，其熵值也越大。这样，玻尔兹曼的熵定义就比克劳修斯的熵定义更为广泛，从广义上成为系统无序程度的量度。
== 影响熵值的因素==
1872年玻尔兹曼首先对熵给予微观的解释，他认为：在大量微粒（[[分子]]、[[原子]]、[[离子]]等）所构成的体系中，熵就代表了这些微粒之间无规排列的程度，或者说熵代表了体系的混乱度。可见熵是用来描述体系状态的，因此它是[[状态函数]]，同时熵也与体系所含[[物质的量]]有关。影响熵值的因素如下：
①同一物质：S（高温）＞S（低温），S（低压）＞S（高压）；S（g）＞S（l）＞S（s）；
②相同条件下的不同物质：分子[[结构]]越复杂，熵值越大；
③S（[[混合物]]）＞[[MS]]（[[纯净物]]）；
④对于化学[[反应]]，由固态物质变成液态物质或由液态物质变成气态物质（或[[气体]]物质的量增加的反应），熵值增加。
研究发现，一个孤立体系自发过程总是朝着熵增加的方向进行，当熵增加到最大时，体系达到[[平衡]]。这叫做[[熵增加原理]]。根据这一原理，我们得到了对于孤立体系的熵判据：
ΔS孤＞0 自发
ΔS孤=0 平衡
ΔS孤＜0 非自发
利用熵判据能够对孤立体系中发生的过程的方向和限度进行判别。如：把氮气和[[氧气]]于一个容器内进行混合，体系的混乱程度增大，熵值增加（即ΔS＞0），是一个自发进行的过程；相反，欲使该气体混合物再[[分离]]为N2和O2，则混乱度要降低，熵值减小（ΔS＜0），在孤立体系中是不可能的。当然，若[[环境]]对体系做功，如利用加压降温液化分离的[[方法]]可把此混合气体再分离为O2和N2，但此时体系与环境之间发生了能量交换，故已不是孤立体系了。
== 生命科学和医学中的熵概念==
将熵概念引入[[生命科学]]和[[医学]]具有重要意义。新兴的[[生物热力学]]对[[生命]][[活动]]中的热运动和熵变化正作出深入研究。人的生命活动是一个复杂的热力学系统，熵的变化是生理、病理、治疗的纵深性内容，由此可以揭示目前医学尚未明了的一些深层规律。[[中医学]]中的[[阴阳]]、[[气化]]、[[寒热]]、[[虚实]]等理论，实际已反映着[[人体]]熵变化的一些内容。70年代以来已正式提出了“[[熵病]]”概念，开始探讨这一深层病理。已有的研究证明，“熵病”和中医学的“证”在内涵上十分一致，由此可以推进对“证”本质研究的深化发展。
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