你的化學怎樣？熵，這個神奇的東西，現(xiàn)在首次被成功地測量了！

2020-03-20 15:08 作者:博科園 0人讀過 | 我要投稿

從19世紀末開始，物理學家就知道能量從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體與熵有關。人們很快認識到，這個量具有根本性的重要性，于是它開始作為物理、化學和工程學中有用的理論量而興盛起來，然而，它往往卻很難衡量。

基爾大學(CAU)的Dietmar Block教授和Frank Wieben教授現(xiàn)在在著名的科學期刊《物理評論快報》上發(fā)表了他們的新研究：現(xiàn)在已經(jīng)成功地測量了復雜等離子體中的熵。

在這種電離氣體中的帶電微粒系統(tǒng)中，研究人員能夠同時測量粒子的所有位置和速度。通過這種方式，能夠確定熵，正如物理學家路德維?！げ柶澛?Ludwig Boltzmann)在1880年左右已經(jīng)在理論上描述的那樣，等離子體中令人驚訝的熱力學平衡。通過實驗，科學家能夠證明：在復雜等離子體的重要模型系統(tǒng)中，熱力學基本原理都得到了滿足。令人驚訝的是，這適用于遠離熱力學平衡等離子體中的微粒。

在實驗中，能夠通過激光束調(diào)整微粒的熱運動。使用視頻顯微鏡，可以實時觀察粒子的動態(tài)行為，并從收集的信息中確定熵。因此，該研究為未來強耦合系統(tǒng)熱力學的基礎研究奠定了基礎。中國科學院實驗與應用物理研究所的Dietmar Block教授說：這些研究也適用于其他系統(tǒng)，這一成功的原因在很大程度上要歸功于結(jié)果和診斷技術。一項日常實驗說明了熵：如果你把一容器熱水倒入一容器冷水中，混合物比熱水冷，比冷水熱。

但是，你不能撤銷這個過程，因為它是不可逆的：中溫的水不能分成一個裝熱水的容器中和一個裝冷水的容器中。這個過程不可逆的原因是熵，熱力學第二定律指出，封閉系統(tǒng)中的熵永遠不會隨著時間的推移而減小。因此，冷熱水的混合必須增加熵。或者，熵也可以與無序程度或隨機性相關。用高度簡化的術語來說，你可以說系統(tǒng)本身不會改變成更有序的狀態(tài)。

如果有人必須創(chuàng)造秩序，但混亂可能會自行產(chǎn)生。在二維等離子體晶體實驗中，測量了在不同溫度下，在兩個態(tài)之間轉(zhuǎn)移的體系的熵變化。單組分，特別是雙組分的塵埃團被限制在等離子體鞘中，并利用激光操縱加熱到不同的溫度。研究發(fā)現(xiàn)，從相空間得到的熵，對于熱容的結(jié)果是一致的，即熱容與杜龍-珀蒂特定律符合得很好，研究還討論了有限尺寸復雜等離子體熱力學基本原理的正確性。