普通物理6-8.ppt

上页 下页 返回 退出 上页 下页 返回 退出 一、耗散结构 只在远离平衡的条件下才出现，并要靠连续的物质流和能量流来维持的结构，称为耗散结构． 耗散结构的特点是： (1)和平衡结构相比，它具有更丰富的时空结构； (2)只有不断从外界获得能量，这些结构才能继续维持下去； (3)新结构一旦出现，不会因外界条件的微小改变而消失； (4)这种结构在失稳背景下，一旦条件成熟立即出现. *§6-8 耗散结构 信息熵 （1）贝纳尔对流 有热传递，整个液体仍保持静止 热传导变为热对流 现在介绍几个典型的例子． 当继续加热使温度差超过一定限度时，即 当表征温度引起的浮力与液体黏性力竞争的瑞利数达到某一临界值时，一种规则的图案自动出现在浑然一体的液体内，液面呈现出许多六角形对流元胞，如图示. 这种从“无序”产生“有序”的现象，在日常生活中也可以看到，如大气中的对流，海洋中的“洋流”，天空中一块块整齐规则的云彩等． 液流从每个元胞的中心涌起，从它们的边缘下沉，这对应着一种很高程度的分子组织状态，并且是在一种失稳的背景下出现的，这种图像叫做贝纳尔对流. 如：B-Z反应 (2)化学振荡 铈离子催化下柠檬酸的溴酸氧化反应 有一种“化学钟”，它是化学反应失去稳定性之后，以连贯有节奏的方式发生振荡，呈现出周期性变化的时空花样． 铈离子催化下丙二酸的溴酸氧化反应 控制反应物和生成物的浓度 出现化学振荡 混合物颜色周期性地在黄色和白色中变化 混合物颜色周期性地在红色和蓝色中变化 平衡结构 平衡结构与耗散结构 系统可以与环境不进行能量或物质交换就能维持有序 自组织系统的组织行为是自发的， 即获得的有序结构和功能并非外界强加给系统的。 两类稳定的有序化宏观体系结构： 耗散结构 系统必须与外界环境不断交换物质和能量（即不断“耗散”能量）才能维持有序 说明： (1) 平衡结构是一种“死”的结构，其维持不依赖外界。 (2) 耗散结构是“活”结构，其内部不断产生熵，就要从外界引入负熵流。 耗散结构形成的条件 (1)开放系统 开放系统的总熵变 可正可负，取决于系统和外界的作用 熵流 系统与外界交换能量或物质引起的熵变 负熵流 由于负熵流的作用，系统的熵减少了，系统进入比原来更加有序的状态。 （2）远离平衡态 处在平衡态和近平衡态的系统总倾向趋于无序。 （3）存在临界值 （5）非线性—产生稳定的耗散结构分支 外界必须驱动开放系统越出线性非平衡区，到达远离平衡态的区域。 （4）正反馈 自我复制、自我放大的机制。 使无数个小分子的微观行为得到协同而产生宏观的有序。 稳定的热力学分支 稳定的耗散结构分支 不稳定的热力学分支 信息就是消息，它是用于消除不确定性的东西。 信息往往需要以语言文字或符号系统为载体，在没有得到任何载有信息的载体之前，我们对系统处于何种状态并不确知，如果设法计量了这个不确知的程度有多大，我们也就有可能计量信息。系统的不确定性是和系统所包含的信息有关的。 如果一个事件有n个等可能性的结局，结局未出现前的不确定程度H为 c为常数 信息熵 二、信息熵 若一个事件有n个等可能性的结局， 每个结局出现的几率 若一个事件的n个结局出现的机会不相等，则 信息熵H的减少 事件不确定性的减少 信息量的增加 信息熵是负熵 收到信息前后，信息熵为 信息的信息量为 收到信息前后，可能结局是等概率的，信息量为 n1 和n2分别为收到信息前后的可能结局的总数。