开放系统热力学及其在土壤系统中的表现

一、开放系统与封闭系统的热力学等价原理 在热力学中表述开放系统能量守恒的数学形式可以写成     

复杂系统的热力学理论

现有的热力学理论在处理远离平衡的开放复杂系统方面遇到了前所未有的困难。本提出一个新的热力学原理：“一个远离平衡的开放复杂系统总是在寻找一种优化过程使得系统在给定的约束或代价下获得最大广义流J”的新热力学原理，在此基础上发展了开放系统的统计理论。分析了非平衡相变。阐述了复杂系统中由自然选择而导致的进化。最后从物理和数学上导出了耗散结构的形态即复杂系统的分形结构。试图为解决30年来分形机理的疑难和困惑提供借鉴。     

能量系统热力学分析优化方法发展趋势

本文从热力学分析方法的产生和发展过程及其应用于能量系统节能优化的角度,说明了热力学分析方法发展的不同阶段。从热力学第一、第二定律分析到(火用)经济学以及环境(火用)经济学分析等方法的应用,综合考察了能量系统热力学完善性、经济可行性以及经济环境发展的可持续性。     

从宏观非平衡热力学到随机热力学

本文评述了宏观非平衡热力学的成就及面临的问题,强调了研究非平衡涨落的重要性。同时介绍了马尔可夫过程理论渗入热力学,把涨落纳入热力学理论框架企图的产生,从而导致了随机热力学建立,这一值得注意的非平衡热力学发展新动向。     

表面热力学

表面物理是近十几年发展起来的一个综合性的研究领域,而表面热力学早在十八世纪七十年代就奠定了基础.统计热力学的主要创始人吉布斯对表面热力学倾注了极大的热情,并作出了重要的贡献.表面热力学对胶体、催化、吸附与分凝等现象的物理化学分析起着重要的作用.十九世纪初,由于晶体生长技术研究的需要,表面热力学取得了新的进展,得出了关于晶体表面平衡位形和稳定性的基本定理,形成了所谓“几何热力学”的分支.最近,由于超高真空技术和表面物理的迅猛发展,表面热力学日益显示出它的重要性.随着气体放电物理与受控核聚变研究的进展,利用等离子体的表面处理、电极表面现象、等离子体与金属表面相互作用的研究均已广泛开展.可以预期,表面热力学将获得迅速的发展.     

黑洞热力学

黑洞物理学是一门新兴学科.1970年以前,黑洞物理学主要研究黑洞的运动学和动力学.1970年起,霍金(S.W.Hawking)、贝肯斯坦(J.D.Bekenstein)等在黑洞物理学中引进热力学,不久,霍金等又在黑洞物理学中引进量子力学和量子场论.这些年来,由于许多人的大量而出色的工作,形成了黑洞热力学和黑洞量子力学这两个分支.黑洞热力学和黑洞量子力学是现代黑洞物理学的主要组成部分,它们的历史还不到十年.本文试图对黑洞热力学作一概要的介绍.     

植物呼吸代谢的热力学意义

阐述了植物呼吸代谢的新概念及进行呼吸代谢整合研究的热力学方法，讨论了呼吸代谢过程中的宏观不可逆性、定态浓度提高及振荡等现象的热力学意义，指出了Ｇｉｂｂｓ公式和热力学循环等热力学理论在呼吸代谢研究中可能的作用。     

可逆热力学中的对称性

对称性思想在物理学研究中具有重要地位.然而,现有热力学文献中的内容大都是非对称的概念和特性.如热力学第二定律表明即使在可逆的热力正循环中,输入系统的热量也不能全部转换为功量,由此认为功量的品位高于热量.对于正循环,采用效率作为性能判据;对于逆循环,则采用性能系数(coefficient of performance, COP)作为性能判据.根据对称性思想,可望存在与热力学第二定律及与之相关的原理、定律、性能判据和参数等相对称的另一组原理、定律、性能判据和参数.它们包括逆循环的基本原理、逆循环的转换等价定律、功熵与功?、逆循环的功效率和正循环的性能系数等.它们有助于深入理解某些热力学量在热功转换过程中的物理意义,以及提出性能更好的新形式热力逆循环.     

开放系统中的热力学第一定律

根据开放型的热力学系统,文章研讨了开放系统中的热力学第一定律,然后给出了理想气体及一般气体的热力学第一定律的表示式。另外,文章还处理了近似的绝热形式,并在声学和天体演化学中加以应用。     

热力学第二定律普适性的疑难

热力学第二定律是不是一条普遍适用的定律一直是个悬而未解的难题。本刊13卷2期刊登的《热力学第二定律的应用限度》一文主要从物理学的角度出发,从一定的深度上探讨了热力学第二定律仅在宏观系统中成立,而对微观、宇观系统皆不适用。本期发表的《热力学第二定律普适性的疑难》一文则从热力学第二定律泛化至宇宙学和社会学所出现的一些矛盾问题着手,引出了一些值得认真思考的问题,并通过几个实例从广度上指出了热力学第二定律的普适性还有待证实。这两遍文章遵循了不同的思想路线从不同角度讨论了第二定律的应用范围。     

热力学并未引出时间的非对称性:热力学第二定律

依据微分方程的时间不变性作为过程可逆不可逆的判据,与热力学有关的Fourier方程成了不可逆过程和时间不对称性的常用例证。热力学第二定律的熵生成量(entropy production)不等式也是时间非对称性的判据。很少有人考虑这两种与热力学多少有关的不同判据是否兼容,甚至是否合理。除前文外,本文     

经典热力学的拓广和改造

《经典热力学的拓广和改造》一文介绍了近年来热力学发展的动向:运用经典热力学方法处理两种以上耦合的不可逆现象,促进了热力学的概念和方法,由平衡态向非平衡态拓广;为了使经典热力学自然地描述和反映现实世界的变化,并有效地指导工程实践,近年来提出了由工质内能到技术功转换的命题,并导出了实现这一转换的约束条件。     

生命与热力学

用非平衡态热力学的理论,来研究生物中的有序性,已经引起国际上不少学者的玉视。本期陈润生的《生命与热力学》一文对此作了介绍,文章写得深入浅出,值得一读。     

热力学和时间非对称性

不可逆性是热力学和统计力学中最重要的问题之一。热力学第二定律提出100多年来,围绕其本质的研究一直在进行着。在严格意义上的宏观可逆过程是不存在的,即世界是     

热力学特征函数

当热力学系统的基本方程给定后,要研究这一系统处于平衡态时的热力学性质,通常需要知道该系统的特征函数。对于简单可压缩系统,通过勒让德变换可以得到包括内能在内的4个特征函数U、F、H和G,由此可得四类相关方程。如函数的定义式、微分式、麦氏关系等。对含有n种广义功模式的系统、n元开放系统,通过勒让德变换可以得到2~(n+1)个特征函数,以这些函数为基础建立的方程就更为复杂,如能找到一个通用特征函数,就可以使热力学讨论大大简化。     

多分形热力学与经典热力学的类比

本文将多分形势力学与经典热力学进行类比，从而找出二者之间的对应关系。     

有限时间热力学——现代热力学理论的一个新分支

19世纪中叶,人们在了解热功相互转换规律、努力提高热机效率的同时,建立和发展了经典热力学理论。100多年来,热力学理论对人类科学技术的进步起了重要作用。其中最早的一个重要贡献(至今仍具有十分重要意义)就是卡诺定理,它确定了工作于T_H和T_L温度间的一切热机所能达到的效率界限。这个界限就是著名的卡诺效率     

INSI法由REP数据获取矿物热力学性质

在由逆转实验(REP)数据获取矿物的标准热力学性质方面,现有文献方法都未能做到完全满足热力学原理要求、彻底反映REP数据的热力学特点。因此,其热力学有效性仍在争论中。我们提出的二分扫描迭代     

热力学可逆和不可逆极限的时间属性

一般认为热力学与时间无关,它只能描述平衡状态和可逆过程。而另有人认为两者有十分重要的关系,热力学(尤其是其第二定律)可对非平衡体系不可逆过程进行重要描述。本文提出在各种热力学过程中,存在着两种极限过程:一种是可逆过程,另一种是极端     

黑洞热力学第零定律的恰当表述

通常认为,黑洞热力学第零定律是指“稳态黑洞视界面上的表面重力K是一个常数”。它相应于通常热力学中,处于热平衡的系统各点有相同的温度。然而,真正的热力学第零定律应该是指“热平衡具有传递性”。由此可以证明热力学系统存在一个表征热平衡状态的态函数——温度。“处于热平衡的物体,各点有相同的温度”只不过是热力学第零定律的一个推论。