地球系统演化自组织理论与热动力模式

地球演化遵循特殊的非平衡、非线性物理学原理.地球之所以摆脱了行星共有的归宿——非平衡定态,跃迁到一个充满希望的非线性世界,是由于地球体系曾发生过一次来自内部的、随机的巨涨落。这次决定地球命运的巨涨落就是原始CO_2大气自发液化事件(干冰事件).建立在非平衡热力学理论和干冰假说基础上的地球系统演化理论与模式,使许多地球问题和复杂现象获得解释,同时也成功地建立了完整的地球演化重要事件的时间序列.     

非平衡定态下吸附过程的热力学分析

从非平衡热力学理论出发,指出了有温差存在的非平衡吸附定态存在的可能性和所处的状态,分析得到了非平衡定态下体相和吸附相间的化学势差,并求出了相应的吸附熵和等量吸附热.计算了定态下吸附熵和等量吸附热相对平衡态的改变量,并与用平衡热力学计算得到的结果进行了比较.结果表明用非平衡热力学计算得到的吸附熵和等量吸附热的改变量不仅与温差还与吸附状态有关,而平衡热力学的结果只是温差的函数,与吸附状态无关.主要原因是把吸附和气体温度变化看作一个整体,考虑了两者间的影响,而平衡热力学方法则把定态吸附过程看作两个不相干的过程,未考虑两者间的影响.     

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。     

工程热力学与能源利用学术会议在温州举行

中国工程热物理学会工程热力学与能源利用学术会议于1986年10月31日～11月5日在温州市举行.与会代表近100人,宣读论文69篇.会议就物性研究、循环分析、第二定律分析法、有限时间非平衡热力学、变质量非平衡热力学和线性非平衡热力学等     

涨落均强定理及其应用

涨落的准热力学理论是计算热力学量涨落的一种得力的工具,应用它可容易地计算任何热力学量的涨落。从这一点说,它比涨落的另一种理论——系综理论较为优越,因为许多热力学量的涨落系综理论不便     

热力学与动力学相关性,科学与人文的统一

金属热加工通过相变决定材料最终组织和性能。随着非平衡技术的快速发展,热加工工艺趋于极端化和多样化,控制相变的热力学与动力学机制从简单近平衡条件下的相对独立转变为复杂远平衡条件下的高度关联。基于热-动力学独立处理的传统理论已无法应对上述相变涉及的机理描述、组织预测和过程控制。随着催化剂研究体系的扩展,传统的基于独立的反应动力学或吸附热力学的设计已无法满足催化剂的高性能需求与高效筛选。本文从人文领域中的激情与困难的逻辑关系中,引申出科学领域中的热力学驱动力与动力学能垒的相关性,针对非平衡凝固过程、晶界迁移及晶粒长大热稳定性、纯Fe沿Bain路径的马氏体切变,整理出热力学驱动力与动力学能垒的定量关联,建立了组织预测模型,提出了热-动力学协同作用的新理念,并据此设计出高性能DD3高温合金、Fe基纳米晶材料、A356铝合金和应变态电催化材料。     

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     

熵增加原理的发展及其应用

熵是克劳修斯(R.Clausius)于1854年首先引入的一个热力学状态函数,用来表述热力学第二定律即熵增加原理.二十世纪初,以第一、二、三定律为基础的热力学,已发展成为一门独立的学科——平衡态热力学(即所谓经典热力学).1945年以普利高津(I.Prigogine)为首的布鲁塞尔学派,在平衡态热力学的基础上开始建立了非平衡态热力学理论.首次把平衡态的熵增加原理发展为近平衡(即线性非平衡)情况下的最小熵产生定理,以及远离平衡(即非线性非平衡)情况下的超熵产生概念和耗散结构理论.非平衡态热力学理论的创立是近几十年来热力学发展史上的突破,它的应用远远超出了经典热力学的范围,不仅在非生物界,而且在生物界以及经济学、社会学等学科中的研究和应用都具有广阔的发展前景.     

单相滞热传导温度场的振动现象及其热力学基础

传统的傅里叶定律存在一定的不足, 即导致了热扰动的传播速度无穷大. 单相滞热传导模型弥补了傅里叶定律这一不足. 首先说明此模型满足伽利略不变性原理, 因而优于著名的Cattaneo-Vernotte模型. 进而依此模型探讨了微观热传导中的振动现象, 给出了振动性热传导发生的条件. 改进了拓展不可逆热力学, 重新定义了广义非平衡热力学熵, 为单相滞热传导模型建立了热力学基础.     

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.     

基于不可逆热力学的膜换湿过程研究

利用非平衡热力学理论研究了膜换湿过程的热质耦合现象, 建立了相应的物理数学模型, 求得了非平衡热力学模型中各特征参数的具体表达式, 分析了各特征参数与膜两侧温度和浓度的依变关系, 为传质通量和传热通量的分析计算奠定了基础. 探讨了膜两侧温差、浓度差以及膜平均温度对透膜通量及热流束的影响情况, 结果表明: 当膜平均温度相同时, 膜两侧浓度差越大或温差越小对应的透膜传质通量就越大; 当膜两侧的浓度差和温差相同且浓度差产生的质量流占主导地位时, 膜平均温度越高, 对应的透膜传质量也越大; 透膜质量流引起的吸附热占总热流的比值与膜两侧的温差、浓度差以及膜基准温度有关, 且膜两侧温差越小, 吸附热占总热流的比重就越大.     

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     

四维遗传学与耗散结构

从四维时空的概念出发,意大利遗传学家吉达提出了四维遗传学的论点,提醒人们从时空复合的观点出发,探讨生物的遗传问题,并形成基因空间子与时间子的假说。耗散结构学说则是比利时物理学家普里戈金关于非平衡热力学和非平衡物理学的一个科学理论(本刊3卷1期已发表昔里戈金的《从存在到演化》一文,可参阅)。本期吕宝忠同志一文认为只有将相对论、非平衡热力学和非平衡统计物理学的概念、观点和方法渗透到遗传学的研究中去,才能将四维遗传学上升为严谨的科学理论。     

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。     

论微观迁移速率在演化过程中的重要性

在远离热平衡状态,涨落可能被放大,因而出现非平衡结构,这最先为Glansdorff和Prigogine所提出,现已为人所共知之事。然而,涨落通过何种机制被放大,则尚未清楚。作者提出,使非平衡涨落放大成为可能的原因,是微观(量子)迁移速率的不全相等。并指出在远离平衡态个别的迁移速率成为描述系统演化特征的重要参量。1.在热平衡态,细致平衡原理对任一对微观态r和s间的迁移都成立。因此,迁移速率{W_(rs)}中     

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     

耗散结构与地球物质系统

耗散结构理论是一种关于非平衡系统的自组织理论,它是由比利时自由大学普里高津教授在长期研究非平衡态热力学和统计物理学的基础上,于一九六九年提出的。普里高津指出,一个系统要形成耗散结构至少需要四个必要条件。第一,系统必须是一个开放系统;第二,系统必须远离平衡态;第三,系统内部各个要素之间存在着非线性相互作用;第四,涨落导致有序。地球物质系统满足这四个必要条件,因此它是一个耗散结构系统。下面拟从这四个方面来阐述地球物质系统是一耗散结构系统的论题。     

从热力学第二定律谈节能

《从热力学第二定律谈节能》一文,从热力学第二定律理论出发,对提高热能设备的效率、综合利用各类能源作了介绍,这反映了当今节能潜力是很大的。开发新能源是能源科学中另一重大新领域。     

摩擦磨损过程的非平衡态热力学研究

摩擦学是一个高度交叉的综合性的边缘学科.影响摩擦磨损过程的因素不仅众多,而且存在复杂的非线性相互作用.与其他技术基础学科相比,摩擦学理论对工程的指导作用远远处于落后的地位,因而必须转换角度,从综合和系统的观点加强定量模型的研究.非平衡态热力学研究的发展为这一研究提供了理论基础.本文提出以熵平衡关系和超熵产生不等式为基础,以熵为表征参数的学术观点.在此基础上对摩擦磨损过程进行了系统的分析.并按照熵平衡关系将摩擦磨损过程分解为热传导、扩散、粘滞性流动和摩擦化学反应四个子过程,回顾和总结了相应的研究状况,指出了进一步研究的方向.