玻爾茲曼熵公式

玻爾茲曼熵公式是統計力學的重要公式，是熱力學機率 W與代表系統亂度的熵之間的關係，具體定義請參見正文。

基本介紹

• 中文名：波茲曼熵公式
• 外文名：Boltzmann's entropy formula

簡介

玻爾茲曼熵公式是統計力學的重要公式，是熱力學機率W與代表系統亂度的熵之間的關係，公式為；

其中k_B是玻爾茲曼常數(也可寫成k)，大小為1.38065 × 10J/K。

統計力學

統計力學（Statistical mechanics）是一個以玻爾茲曼等人提出以最大熵度理論為基礎，藉由配分函式將有大量組成成分（通常為分子）系統中微觀物理狀態（例如：動能、勢能）與巨觀物理量統計規律 （例如：壓力、體積、溫度、熱力學函式、狀態方程等）連結起來的科學。如氣體分子系統中的壓力、體積、溫度。伊辛模型中磁性物質系統的總磁矩、相變溫度、和相變指數。

通常可分為平衡態統計力學，與非平衡態統計力學。其中以平衡態統計力學的成果較為完整，而非平衡態統計力學至今也在發展中。統計物理其中有許多理論影響著其他的學門，如資訊理論中的信息熵。化學中的化學反應、耗散結構。和發展中的經濟物理學這些學門當中都可看出統計力學研究線性與非線性等複雜系統中的成果。

熵

化學及熱力學中所謂熵（英語：entropy），是一種測量在動力學方面不能做功的能量總數，也就是當總體的熵增加，其做功能力也下降，熵的量度正是能量退化的指標。熵亦被用於計算一個系統中的失序現象，也就是計算該系統混亂的程度。熵是一個描述系統狀態的函式，但是經常用熵的參考值和變化量進行分析比較，它在控制論、機率論、數論、天體物理、生命科學等領域都有重要套用，在不同的學科中也有引申出的更為具體的定義，是各領域十分重要的參量。

熱力學系統

熱力學系統（英語：Thermodynamic system）是指用於熱力學研究的有限巨觀區域，是熱力學的研究對象。它的外部空間被稱為這個系統的環境。一個系統的邊界將系統與它的外部隔開。這個邊界既可以是真實存在的，也可以是假想出來的，但必須將這個系統限制在一個有限空間裡。系統與其環境可以在邊界進行物質，功，熱或其它形式能量的傳遞。而熱力學系統可以從它的邊界（或邊界的一部分）所允許的傳遞類型進行分類。

熱力學系統有一系列的狀態函式，比如體積，壓強，溫度等。這些量都是可以通過實驗測量的巨觀量。這些量的數值共同決定這個系統的熱力學狀態。一個熱力學系統的狀態函式通常存在一個或多個函式關係。這些關係可由狀態方程表述。平衡熱力學不涉及對這些狀態函式的通量的研究。因為由熱力學平衡的定義可以自然得到，這些函式的通量的值為零。當然，平衡熱力學可能會涉及使通量不為零的過程，但在熱力學過程進行前，這些過程必需停止。非平衡熱力學允許狀態函式通量不為零。通量不為零表示在系統和它的環境間存在物質，能量或熵等的傳遞。

孤立系統是一種假想存在的系統。這種系統與其外界無任何相互作用。在理想狀況下，其內部處於熱力學平衡，即它的熱力學狀態不隨時間變化。而非孤立系統根據它的邊界的性質可以與它的環境處於熱力學平衡。它們也可能處於時時變化或者循環變化（一種穩態）的非平衡狀態。系統與其環境的相互作用可以通過熱傳遞或者長程力等方式進行。

熱力學系統並非一個普遍概念，並不能代表全部的物理學系統。而這裡定義的熱力學系統的物理存在可以認為是平衡熱力學的基礎公設，儘管並沒有被列為一條熱力學定律。而在一些文獻中，熱力學第零定律通常的表述被認為是這一公設的一個推論。