从熵增加原理看资源利用和环境保护
从熵增加原理看资源利用和环境保护
张吉蔚
（南京理工大学泰州科技学院，江苏，泰州）
【摘 要】 “熵” 是热力学中的一个状态函数， 表示物质系统的无序程度。根据热力学第二定律，在孤立系统物质达到平衡态过程中熵总会增加，而且熵增加是一个不可逆的过程。因此，经济建设中不断利用能源会造成环境不可逆的熵增加，必须在经济建设的同时合理利用资源，减小熵增加，才能做到保护环境，实现科学发展【关键词】 熵增加原理 科学发展 环境保护
【作者简介】 张吉蔚， 女，环境与制药工程学院，14 环境（1）班学生，22 号
一、 熵增加原理的本质
科学家们通过熵这个状态函数 ,为热力学第二定律的表述 ,寻找到了新的说法 ,这在判断物理化学过程的趋向时 ,又增加了一个新的标度。 即: ——熵增加原理。
作为研究问题的一种方法 ,我们设想一个隔离物系 ,其中所发生的过程都是在物系和环境之间没有任何物质和能量交换的情形下进行的 ,这时δQ= 0,据 Clausius 不等式△S—∑ δTQ≥ 0 得: △ S 隔≥ 0; 可见 ,在隔离物系中 ,如果发生的是自发过程 ,熵值总要增大 (△ S 隔 > 0); 如果发生的是可逆过程 ,熵值不变 (△ S 隔= 0); 如果△ S 隔 < 0 则表明在隔离物系中不可能自动发生这样的过程 (或称过程为非自发过程 )。 换句话说 ,在隔离物系中 ,一切能自发进行的过程都是熵增加的过程。 这就是熵增加原理。
二、生态环境与熵增加原理
高消费是人类与生俱来的欲望 ,人类的高消费又促成社会的高生产 ,而低效率的高生产势必带来高污染 ,由此产生大于零的熵产生 dSi .目前人们所使用的一切热动力机械的效率都较低 ,例如 ,世界上目前最先进的热电厂仅仅利用热能的 40% ,核电厂也只有 30% . 人类对资源的过度开发、利用 ,从再生性能源到非再生能源,把有限的太阳能储存、煤、石油、天然气等开采出来 ,利用之后以热、二氧化碳、碳化氢、光、化学烟雾、气态硫等形式释放到环境中 ,使 dSe> 0,从而致使整个生态系统的熵必然增大 ( dS > 0) . 同样 ,造纸、纺织等工业污染以及人为对生态平衡的破坏 ,造成对水资源、大气的污染 ,都必然使 dSe> 0.人们物质生活极大地丰富了 ,但随之而来的却是空气污染、噪声、酸雨……人们正在失去蓝天、新鲜空气……人类的生存环境正在日趋恶化 .
按照熵的观点,必须使人类有关环境的熵逐渐减少,人类才能不断地兴旺和发展,否则熵的增长将破坏人类生存和发展的基础和条件,导致人类的衰亡. 地球上的资源是有限的,生命
系统排出正熵的能力也是有限的.熵定律告诉我们,人类对熵的控制作用是存在的,可以通过科学技术及人类自身生活和行为方式的选择,运用自己的意志来决定熵增速度.切忌盲目过度地开发和消耗有限的资源 ,应合理开发、综合利用 ,努力维持生态平衡 ,开发新能源 (如水力、风力等 ) ,重视改善生态环境的现有污染状况 ,妥善地解决保护生态环境与发展的矛盾 ,
使 dSe 由大于零变为小于零 ,甚至使 dS= dSe+ dSi < 0.
三、 能源与熵增加原理
既然社会是耗散结构，它必须从外界获得能量来维持，然而人们没有考虑到，在开采和冶炼矿石、生产粮食、制造机器的过程中，只有部分能量被吸收进了产品，更多的能量被浪费， 使地球的熵不断增加。据统计，从粮食的生产到加工成食品的过程中，只有不到 20% 的能量被摄入粮食和食品本身，而 80%的能量却被浪费掉。显然，现代社会的许多生活是建立在大量的能源耗费基础上的。许多部门看起来在创造更大的价值、更多的产品和更大的方便，实际上，它们在挥霍地球上宝贵的资源。
从熵增加原理出发，社会需要发展，必须从外界获得能量来维持其耗散结构，必然会有能量的散发造成环境的熵增加，而熵增加对于地球是一个不可逆的过程。因此，在追求美好生活、 寻求经济发展的同时，要理智地减少生产和经济发展中的熵增。要提倡节约能源，保护环境，这才是可持续发展的根本。对于不可再生的能源，需要限量开采，减少消耗，如石油、煤炭等。应该尽量利用可再生资源和清洁能源，如光电、水电等。应该大力提倡绿化，把太阳能转化成有序的能量，降低地球的总熵，而不是变成无用的热能，提高地球的总熵。
从中国目前的发展模式来看，还是以大量耗费能源和资源为主的粗犷型经济模式，正面临能源和环境方面的严峻考验。必须借鉴西方在发展经济和保护环境方面的经验和教训，不要走先污染、后治理的老路，不要只注重短期的经济指标。要尽快调整和优化产业结构，提高产品的技术含量，控制各种污染的源头，合理利用各种资源，保护环境，才能实现科学发展的战略目标。
参考文献：
[1]热力学第二定律对人类生活的意义_K_Knizia
[2 高佛佑.自然科学与社会科学的交叉点 —熵[J].自然杂志,1997,19,(2).
[3]化学热力学在环境保护中的应用_梁燕
[4]贵州遵义教育学院化学系，刘焱_熵增加原理刍议
[5]生命系统_生态环境的熵分析_苏玉霞
张吉蔚
（南京理工大学泰州科技学院，江苏，泰州）
【摘 要】 “熵” 是热力学中的一个状态函数， 表示物质系统的无序程度。根据热力学第二定律，在孤立系统物质达到平衡态过程中熵总会增加，而且熵增加是一个不可逆的过程。因此，经济建设中不断利用能源会造成环境不可逆的熵增加，必须在经济建设的同时合理利用资源，减小熵增加，才能做到保护环境，实现科学发展【关键词】 熵增加原理 科学发展 环境保护
【作者简介】 张吉蔚， 女，环境与制药工程学院，14 环境（1）班学生，22 号
一、 熵增加原理的本质
科学家们通过熵这个状态函数 ,为热力学第二定律的表述 ,寻找到了新的说法 ,这在判断物理化学过程的趋向时 ,又增加了一个新的标度。 即: ——熵增加原理。
作为研究问题的一种方法 ,我们设想一个隔离物系 ,其中所发生的过程都是在物系和环境之间没有任何物质和能量交换的情形下进行的 ,这时δQ= 0,据 Clausius 不等式△S—∑ δTQ≥ 0 得: △ S 隔≥ 0; 可见 ,在隔离物系中 ,如果发生的是自发过程 ,熵值总要增大 (△ S 隔 > 0); 如果发生的是可逆过程 ,熵值不变 (△ S 隔= 0); 如果△ S 隔 < 0 则表明在隔离物系中不可能自动发生这样的过程 (或称过程为非自发过程 )。 换句话说 ,在隔离物系中 ,一切能自发进行的过程都是熵增加的过程。 这就是熵增加原理。
二、生态环境与熵增加原理
高消费是人类与生俱来的欲望 ,人类的高消费又促成社会的高生产 ,而低效率的高生产势必带来高污染 ,由此产生大于零的熵产生 dSi .目前人们所使用的一切热动力机械的效率都较低 ,例如 ,世界上目前最先进的热电厂仅仅利用热能的 40% ,核电厂也只有 30% . 人类对资源的过度开发、利用 ,从再生性能源到非再生能源,把有限的太阳能储存、煤、石油、天然气等开采出来 ,利用之后以热、二氧化碳、碳化氢、光、化学烟雾、气态硫等形式释放到环境中 ,使 dSe> 0,从而致使整个生态系统的熵必然增大 ( dS > 0) . 同样 ,造纸、纺织等工业污染以及人为对生态平衡的破坏 ,造成对水资源、大气的污染 ,都必然使 dSe> 0.人们物质生活极大地丰富了 ,但随之而来的却是空气污染、噪声、酸雨……人们正在失去蓝天、新鲜空气……人类的生存环境正在日趋恶化 .
按照熵的观点,必须使人类有关环境的熵逐渐减少,人类才能不断地兴旺和发展,否则熵的增长将破坏人类生存和发展的基础和条件,导致人类的衰亡. 地球上的资源是有限的,生命
系统排出正熵的能力也是有限的.熵定律告诉我们,人类对熵的控制作用是存在的,可以通过科学技术及人类自身生活和行为方式的选择,运用自己的意志来决定熵增速度.切忌盲目过度地开发和消耗有限的资源 ,应合理开发、综合利用 ,努力维持生态平衡 ,开发新能源 (如水力、风力等 ) ,重视改善生态环境的现有污染状况 ,妥善地解决保护生态环境与发展的矛盾 ,
使 dSe 由大于零变为小于零 ,甚至使 dS= dSe+ dSi < 0.
三、 能源与熵增加原理
既然社会是耗散结构，它必须从外界获得能量来维持，然而人们没有考虑到，在开采和冶炼矿石、生产粮食、制造机器的过程中，只有部分能量被吸收进了产品，更多的能量被浪费， 使地球的熵不断增加。据统计，从粮食的生产到加工成食品的过程中，只有不到 20% 的能量被摄入粮食和食品本身，而 80%的能量却被浪费掉。显然，现代社会的许多生活是建立在大量的能源耗费基础上的。许多部门看起来在创造更大的价值、更多的产品和更大的方便，实际上，它们在挥霍地球上宝贵的资源。
从熵增加原理出发，社会需要发展，必须从外界获得能量来维持其耗散结构，必然会有能量的散发造成环境的熵增加，而熵增加对于地球是一个不可逆的过程。因此，在追求美好生活、 寻求经济发展的同时，要理智地减少生产和经济发展中的熵增。要提倡节约能源，保护环境，这才是可持续发展的根本。对于不可再生的能源，需要限量开采，减少消耗，如石油、煤炭等。应该尽量利用可再生资源和清洁能源，如光电、水电等。应该大力提倡绿化，把太阳能转化成有序的能量，降低地球的总熵，而不是变成无用的热能，提高地球的总熵。
从中国目前的发展模式来看，还是以大量耗费能源和资源为主的粗犷型经济模式，正面临能源和环境方面的严峻考验。必须借鉴西方在发展经济和保护环境方面的经验和教训，不要走先污染、后治理的老路，不要只注重短期的经济指标。要尽快调整和优化产业结构，提高产品的技术含量，控制各种污染的源头，合理利用各种资源，保护环境，才能实现科学发展的战略目标。
参考文献：
[1]热力学第二定律对人类生活的意义_K_Knizia
[2 高佛佑.自然科学与社会科学的交叉点 —熵[J].自然杂志,1997,19,(2).
[3]化学热力学在环境保护中的应用_梁燕
[4]贵州遵义教育学院化学系，刘焱_熵增加原理刍议
[5]生命系统_生态环境的熵分析_苏玉霞
