耗散

热力学中,耗散是均匀热力学系统中发生的不可逆过程的结果。 在耗散过程中,能量(内部、整体流动动能或系统势能)从初始形式转变为最终形式,其中最终形式做热力学功的能力小于初始形式。 例如,热传递是耗散的,因为它是内部能量从较热的物体转移到较冷的物体。 遵循热力学第二定律,熵随温度变化(降低两个物体结合做功的能力),但在孤立系统中永远不会减少。

这些过程以一定的速度产生熵。 熵产生率乘以环境温度得出耗散功率。 不可逆过程的重要例子是:通过热阻的热流、通过流阻的流体流、扩散(混合)、化学反应和通过电阻的电流(焦耳热)。

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定义

热力学耗散过程基本上是不可逆的。 它们以有限的速率产生熵。 在局部连续定义温度的过程中,局部熵产生率密度乘以局部温度得出局部耗散功率密度。

耗散过程的特定发生不能用单个单独的哈密顿形式主义来描述。 耗散过程需要一组可接受的单个哈密顿量描述,准确描述感兴趣过程的实际特定发生是未知的。 这包括摩擦,以及导致能量退相干的所有类似力——即将相干或定向能量流转换为间接或更各向同性的能量分布。

例子

历史

耗散的概念由 William Thomson(开尔文勋爵)于 1852 年引入热力学领域。开尔文勋爵推断,除非一个过程由完美的热力学引擎控制,否则上述不可逆耗散过程的一个子集将会发生。 开尔文勋爵确定的过程是摩擦、扩散、热传导和光吸收。

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