生命与熵

 熵是一个古老而又年轻的概念,说它古老,是因为早在100多年前(1854年)就已有人提到了它;说它年轻,是因为它有极强的生命力,正日益广泛地渗透到了许许多多的科技领域及日常生活之中。本文不拟介绍熵在各个领域中的应用,而只想就熵对生命科学中某些方面的影响作些初浅的说明。按照热力学的观点,生命是个开放系统。根据开放系统的热力学理论可以算出,其熵变ΔS=ΔQT-μjΔeNjT-μjΔiNjT(1)式中,ΔQ代表生命系统与外界环境交换的总热量,ΔeNj代表生命系统与外界所交换的第j种组元物质的摩尔数.     

塞贝克效应与温差发电

 将两种半导体的一端结合在一起并使之处于高温状态(热端),而另一端开路且处于低温状态(冷端),则在冷端(T1)存在开路电压ΔV,这个效应称塞贝克效应。如图1所示。塞贝克电压ΔV与热冷两端的温度差ΔT成正比,即ΔV=αSΔT=αSΔ(T2-T1)(1)图1塞贝克效应其中αS称为塞贝克系数,其单位是V/K或μV/K。塞贝克系数由材料本身的电子能带结构决定的。     

电流的热效应

电流通过导体时所生之热量Q与电流强度I,异体的电阻R和通电时間t之間的关系,用焦耳——楞次定律来表示即: Q=0.24I~2Rt (1) 从(1)式可知在电流强度I相同(如串联的两根电阻线)的情况下,导体生之热与本身的电阻成正比。设R_1与R_2表示两根电阻不同的导线的电阻,当它們串联(图1)时在相同时間內生之热量分別为:     

美国物理试题与解答──热力学与统计物理部分节选

1.空调装置把热量从室内抽取出来释放到室外以降低室内温度时,它是一个致冷器.设室内温度为T2,室外温度为T1,T1>T2;空调设备按可逆卡诺循环运转,其连续工作的功率为P(J/s). a.若空调设备每秒钟从室内抽取热量Q2(J)并向室外放出热量Q1(J),试用T1和T2表达空调设备的工作效率Q 2/P b.每秒钟由室外通过热导输入室内的热量Q满足牛顿定律:Q=A(T1-T2).假设室外温度恒定,室内温度均匀,试对连续工作的空调设备,用T1、P及A表达出T2。 c.如果空调设备只工作30%的时间就可以在室外温度为 30 oC时使室内温度保持在 20”C,试问要用此设备使室内…     

位移差公式的辨析

1位移差公式做匀变速直线运动的物体,在相邻相等时间间隔内的位移差表示为Δs=aT2常见证明方法是第一个时间T内的位移s1=v0T+1/2aT2第二个时间T内的位移     

质子中子星物质的热力学性质

在相对论σ-ω-ρ模型的平均场近似下, 研究了质子中子星物质在均熵状态下的组成、温度和物态方程. 如给定每一个重子的熵, 一些热力学量的值将随重子密度的增加而增加, 当考虑超子时, 这些值会减小. 给定重子密度, 中子在S=2时的组分比S=1时的小, 而质子、电子、μ子在S=2时的组分比S=1时的大, 特别是在低密度区域. S是每个重子的熵. 保持重子密度不变, 在低密度区域, 超子在S=2时的组分比S=1时的大, 在高密度区域则相反. 同样, 在同一重子密度处, S=2时的温度、能量密度及压强分别比S=1时的大. 另外, 有限熵对粒子组分和温度的影响比对质子中子星物质的物态方程的影响大. 还研究了反粒子的贡献, 他们确实很小.     

太空旅行真能延缓人的衰老吗

 一相对论认为,一切发生在运动物体上的过程,在静止观测者看来,都会变慢,这就是相对论中十分重要的“时间变慢”效应,这一效应的定量关系是:Δt′=Δt1-v2/c2(1)式中Δt′是运动物体上时钟的时率,Δt是静止物体上时钟的时率,v是运动物体的速度,c是光速(30万千米/秒)。假设有一对孪生兄弟甲和乙,在他们满20岁那天,甲乘飞船离开地球去太空旅行(飞行速度v=0.8c),乙留在地球上。在乙满60岁那天,甲结束太空旅行回到地球,这时地球上的人根据式(1)知道,甲在飞船上才度过了24年。     

热辐射演示实验

热辐射在普通物理教学中,学员常常对黑色物体辐射强而白色物体辐射弱的结论难于理解。其原因在于,他们未能区别常温下的物体其黑与白决定于物体反射照明光的弱或强,此时物体的热辐射很弱而不起作用。但当物体的温度较高时,则热辐射很强而照明光较弱,这时物体的亮暗决定于下列两式R=σT~4 (1) I_2/K_1=I_2/K_2=…=R/1=σT~4 (2)式中R为绝对黑体的辐射本领,σ是斯忒藩常数,T为绝对温度,式(1)表示温度越高辐     

理想气体流动的几何拓扑分析

一、 模型 理想气体一维稳定流动如图1示。Q、N和T分别表示单位时间在单位管长上气体与外界的热量、功量和质量交换;F、G和τ_ωC为单位管长上气体受到的沿流动方向的机械外     

B2羣与奇异粒子轻子型衰变

在超荷-电荷表象中应用B₂羣对称性讨论了基本粒子的轻子型衰变。将重子和介子分别填充在B₂羣的4维表示时,在10维(正则)表示中正好包含所有|ΔS|≤1和|ΔQ|≤1的重子流或介子流。假定弱相互作用由中间玻色子作媒介,并将它们纳入B₂羣的10维表示中,计算了包括ΔS=+ΔQ和ΔS=-ΔQ两类过程的各种奇异粒子轻子型衰变几率。结果与现有实验材料不矛盾。     

西南师范学院1984年招收攻读硕士学位研究生理论物理专业《统计物理》试题

1.试证以下热力学函数间的关系:(20分)式中M-磁矩,H-磁场强度,T-绝对温度,CM和CB分别是定M和定H的比热. b.对于p、V、T体系恒有: c、对于p、V、T体系,当V只是的函数时,则u只是T的函数.a、b二式中, p是压强; V是体积;T是温度;u是内能。 2.按下式定义函数Y(N,v,T):(20分)式中Q(N,V,T)为正则系综的配分函数。现在如果要保证函数Y(N,V,T)能正好表示以某个热力学势为特征势的配分函数时,则　应代表什么物理量;当进一步用配分函数Y(N,v,T)决定(N,v,T)体系的体积V,熵S和吉函G. 3.请分别用分子动力论和系综理论推导理想气体绝热方程…     

对重力势能零势面的几点思考

1提出问题题目:选择某一高度为零势面,物体1的重力势能是Ep1=3J,物体2的重力势能是Ep2=-3J,则下列正确的是A.Ep1=Ep2B.Ep1>Ep2C.Ep1相似文献   

用“机械能守恒定律”巧解题

例 1　一个质量为ｍ的物体自距地面高为ｈ的塔顶上自由落下 ,问该物体落到地面的速度是多大 ?(不考虑空气阻力 )解析　假定地球的质量为Ｍ ,不考虑地球的公转和自转 ,因为物体是在地球表面附近运动 ,可以认为物体与地球间的万有引力即为ｍｇ .选定地球水平表面为参考平面 ,则从过程的初始状态到末状态在万有引力作用下地球和物体的位置分别移动了ｈ1和ｈ2 ,如右图 1所示 ,由动能定理可以得到12 ｍｖ2 ｍ=ｍｇｈ2 ,　12 ＭＶ2 Ｍ=ｍｇｈ1,两式相加得12 ｍｖ2 ｍ 12 ＭＶ2 Ｍ=ｍｇｈ1 ｍｇｈ2 =ｍｇｈ　①从①式可以看出 :如果把物体ｍ和地球…     

全国部分地区非物理类专业大学生物理竞赛题解第十六届非物理类专业大学生物理竞赛试题及解答

一、填空题 (共 54分 )1 . (4分 )由空中垂直下落的物体所受空气阻力 f与空气的密度ρ、物体的有效横截面积 S、下落的速率 v的平方成正比 ,阻力的大小可表示为 f=CρSv2 ,其中 C为阻力系数 ,一般在 0 .2～ 0 .5之间 ,ρ= 1 .2 kg/m3 ,物体下落经过一段时间将达匀速 ,这称为终极速率 .试估算质量为 80 kg、有效横截面为0 .6m2的某人从高空跳下 ,他下落的终极速率v终 = km/hr(千米 /小时 ) .解 :当 f =mg时 ,v终 =mgCρS=80× 9.80 .3× 1 .2× 0 .6= 60 .2 m/s=2 1 6km/hr式中 C取 0 .3.2 . (5分 )有一半球形光滑的碗 ,小球 I在碗的球心…     

浅谈地球磁场

 一些大学基础物理教材恒定磁场章节中,在提及地球磁场(简称地磁场)地表处的值约为05×10-4T外,未作更多的介绍。本文将从物理教学观点出发,对地磁场作简明的介绍,以供教学参考。一、地磁场强度、磁荷和磁偶极子场地磁场满足麦克斯韦方程Δ·B=0,(1)Δ×H=j0+Dt。(2)在地表附近,大气的电导率σ≈0,即大气可视为绝缘体,于是传导电流密度j0=σE=0,又由于地磁场随时间变化比较缓慢,可视为似稳场,所以位移电流密度为0,于是有Δ×H=0.     

B_2羣与奇异粒子轻子型衰变

在超荷-电荷表象中应用B_2羣对称性讨论了基本粒子的轻子型衰变。将重子和介子分别填充在B_2羣的4维表示时,在10维(正则)表示中正好包含所有|ΔS|≤1和|ΔQ|≤1的重子流或介子流。假定弱相互作用由中间玻色子作媒介,并将它们纳入B_2羣的10维表示中,计算了包括ΔS=+ΔQ和ΔS=-ΔQ两类过程的各种奇异粒子轻子型衰变几率。结果与现有实验材料不矛盾。     

关于竖直上抛运动公式的讨论

竪直上抛物体运动是属于匀减速运动,它的运动规律由下面两式决定:V_t=V_o—gt,(1) H=V_ot—(1/2)gt~2。(2) 在应用上述公式时,得出以下三个结论: (1)公式不仅适用于物体上抛至最高点的匀减速运动过程,而月。也适用于物体抛至最高点后,再下落的匀加速的运动过程.也就是说,适用于坚直上抛物体运动的整个过程(即上升阶段和下降阶段)。(2)式中V_t表示物体运动t秒末的即时速度: 甲.V_t>0,则V_t与V_o同向,物体在上升过程; 乙.V_t<0,则V_t与V_o反向,物体在下落过程。(3)式中H表示物体对抛出点的位移:     

求解热循环过程效率的一种一般方法

在普通物理热学课中,经常碰到求热循环过程的效率问题.热效率 ,要求出η,必须解算循环过程对外做的总功 A和从外界吸收的全部热量 Q[1].本文对于理想气体,从状态方程和热力学第一定律出发,给出求吸收的热量Q的一种一般方法。 设有n摩尔理想气体经过某种热循环,过程方程P=P(V)已经给出. 据热力学第一定律dQ=dU dA 其中,dQ为吸热,CV为定容摩尔比热,dT和dV分别代表温度和体积的微分. 由理想气体状态方程p·V=n·R·T(2)得 (3) 式(3)代入(1)式得 对于理想气体,CP=CV R CP表示定压摩尔比热. (4) 下面分两种情况讨论 i)当dV>0时,欲使d…     

激发学生创造性的尝试

中学物理概念中,有很多倒数关系,例如: 1.将倔强系数为K_1和K_2的轻质弹簧串联时,则它们的等效倔强系数K有如下关系: 1/K_1+1/K_2=1/K 2.一恒力F作用于质量为m_1的物体时产生的加速度为a_1,作用于质量为m_2的物体时产生的加速度为a_2,则该力F作用于m_1与m_2的组合体时产生的加速度a有如下关系: 1/a_1+1/a_2=1/a 3.电阻R_1与电阻R_2并联时,它们的等效电阻R有如下关系: 1/R_1+1/R_2=1/R。 4.电容C_1与电容C_2串联时,则它们的等效电容C有如下关系: 1/C_1+1/C_2=1/C。 5.在凸透镜成实像时,则物距u、像距v和焦距f有如下关系: 1/u+1/v=1/f。 综上所述,它们有一个共同的模式: 1/x+1/y=1/z。 在这三个量x、y、z中,任意已知两个量,就可根据公式求出第三个量。但是这种计算方法比较麻烦,一不小心就容易搞错。是否能寻找一种既简单而又能一目     

热泵的功效和工作示意图

我们知道,水泵是可以用来保持某处水位较高或较低(或获得相对高水位或低水位)的一种机器.与此相似,我们可以把用来保持某处温度较高或较低(或获得相对高温或低温)的一种机器称为热泵,其工作原理为"做功泵热".即外界做功W,从低温热源(采暖用时为大气、致冷用时为低温室)泵取热量Q,向高温热源(采暖用时为高温室、致冷用时为大气)放热Q1.则由热力学第一定律,Q1=W+Q2.这类机器的功效用外界做单位功时高温室所获得的或从低温室所泵走的热量来量度,称为泵热系数,即演绩系数(Performance coefficient),用ε表示.