熵增公式是熱力學中的一個重要概念,用於描述系統的熵變。熵是系統的狀態函式,其物理表達式為:
S = ∫dQ/T
或
ds = dQ/T
其中,S表示熵,Q表示熱量,T表示溫度。這個表達式的物理含義是:一個系統的熵等於該系統在一定過程中所吸收(或耗散)的熱量除以它的絕對溫度。當熱量從系統內的高溫物體流向低溫物體時,系統的熵會增加。具體來說,如果有熱量從高溫物體流向低溫物體,系統的熵變表達式為:
S = ∫dQ1/T1 + ∫dQ2/T2
假設dQ1是高溫物體的熱增量,T1是其絕對溫度;dQ2是低溫物體的熱增量,T2是其絕對溫度。如果dQ1 = -dQ2且T1 > T2,則熵變為:
S = |∫dQ2/T2| - |∫dQ1/T1| > 0
這表明熵增是一個自發的不可逆過程,且總熵變總是大於零。
熵增現象不僅局限於熱力學,它在信息、經濟、生態、天文等多個領域都有廣泛的套用。通俗地講,熵增是在自然過程中,有用的能量逐漸消散的趨勢。例如,杯子裡正在融化的冰,如果沒有外部能量的干預,則冰逐漸融化為水。如果想要水變成冰,靠自身系統不可能完成,一定需要外部能量的干預,如冰櫃來進行降溫。