2011年9月24日 星期六

亂度與熱力學第二定律

化學原理啟迪241

Entropy and the Second Law of Thermodynamics

1.     如果物質進行的程序會增加亂度,這個反應程序就會是自發性的。自然的物質發展總是朝向出現機率最高的狀態移動。亂度原則就是:任何一個自發性反應程序,它的宇宙亂度一定增加。這就是熱力學第二定律

2.     與第二定律相對比的是熱力學第一定律宇宙的能量是恆定的。宇宙中的能量確實是恆定的,但是亂度卻不是。事實上,熱力學第二定律認為:宇宙的亂度是持續增加的

3.     宇宙分為系統(參與反應的物質)與周遭(反應物質以外的周遭世界)二部分。因此我們可以把宇宙亂度的變化寫為:

ΔSunivΔSsysΔSsurr

注:ΔSsys代表系統亂度的變化,ΔSsurr代表系統以外的環境「周遭」的亂度變化。

4.     要預測某個反應程序是不是自發性的,我們必須知道宇宙亂度變化ΔSuniv的正負號。

5.     假如「宇宙亂度變化ΔSuniv」是正數,表示宇宙的亂度增加,反應將自發性地朝方程式的方向移動。假如「宇宙的亂度變化ΔSuniv」是負數,反應將朝方程式的相反方向自發性移動。

6.     假如「宇宙的亂度變化ΔSuniv」是,那麼這個系統不會出現自發性地任何反應,意思是這個系統目前處於平衡。

7.     要預測一個反應程序是否會自發性地進行,我們必須瞭解「系統」與「周遭」這二部分的亂度變化情形。

n   翻譯編寫Steven S. Zumdahl Chemical Principles

徐弘毅:

1.     什麼是亂度?亂度是物質的組成粒子趨向分散的狀態,每個粒子趨向於獨立自主、穩定的合理狀態,也是機率最高的狀態。

2.     什麼是能量守恆定律?宇宙的整體能量是固定不變的,宇宙內各種物質反應只會使能量從一種形式轉換為另一種形式,並不會消滅或增加宇宙的整體能量。

3.     那麼,宇宙的亂度持續增加,宇宙的能量會不會增加?不會,亂度增加,整體能量還是一樣的,因為粒子只是分散、各自獨立了,並沒有製造或耗損任何能量。所以,熱力學第一定律與第二定律沒有衝突,它們各指出宇宙能量在不同面向的真實。

4.     言論自由、新聞自由一定會讓社會的亂度增加,也就是社會大眾會趨向於獨立自主、情緒穩定、人際關係距離比較合理的狀態。因為人人都把內心話講出來,雖然可能刺激了別人或自己,但是彼此都比較瞭解彼此的真實狀態,人跟人之間重新定義自己與別人的距離與親密度。

5.     因此個人的生活與思想的空間就會變大,同時因為接觸多元的資訊或意見,眼光與世界也會擴大,想像力的空間也會擴大,當然也比較懂得尊重別人的人權或隱私。

6.     言論自由、新聞自由,表面上看起來好像比較紛亂,實際上社會比較理性,犯罪率會下降;其實會造成比較紛亂的感覺,主因是過去隱藏在人性底下的一些骯髒事情都被抖出來而已。

7.     一個社會言論自由度、社會自由度增加,就是整體社會亂度的增加,也是社會理性的增加,國家競爭力的增加。

8.     熱力學第二定律宇宙的亂度是持續增加的。人類的歷史文明,是趨向於社會亂度增加的方向,這是一種「自發性反應程序」,換句話說,所有的人類文明都會逐漸地走向理性、獨立自主、穩定合理的狀態。

9.     一個家庭父母與子女如果都讀同樣的學校、學一樣的專長、吃同樣的食物,同質性太高,彼此雖然緊密依賴在一起,但是實際上他們的社會競爭力是下降的,他們沒有辦法獨立自主,沒有辦法個人去面對困難、挫折與挑戰。

10.  一個教育政策如果是「一綱一本」的教科書,所有的學生讀同樣的教材,腦筋單一化、同質性太高,不利適應多元的社會,因此也會導致失去國際競爭力。事實上,一言堂的社會,百姓的獨立思考能力最弱,因此學術水準一定最差。

11.  一個社會如果言論自由的亂度增加率為零,代表言論自由停滯不前,其實也代表整體文化水準提升暫停。表面上比較平衡穩定,實際上這個社會沒有辦法禁得起國際的競爭與考驗,因此對於社會各界的領袖而言,他們的精神壓力是變得更大。

12.  宇宙的亂度就是「系統的亂度」加「周遭的亂度」。日本、韓國、台灣如果持續在新聞自由與言論自由上成長進步,那麼一定會逐漸地感化新加坡,也逐漸走向新聞自由、進步的方向,那麼這就是整體亞洲亂度的增加。最後中國就被逼得不得不走向新聞自由開放的道路,不然他的國際競爭力的關鍵技術都會被亞洲三小龍與日本操控,而無法獨立自主。

 

2011年9月23日 星期五

與物質的狀態改變有關的亂度變化

化學原理啟迪240

Entropy Changes Associated with Changes of State

1.     當物質在1大氣壓下處於熔點或沸點時,物質的二種狀態會同時並存(在熔點,固態的物質與液態的物質並存;在沸點,液態的物質和氣態的物質並存)。

2.     如果系統是封閉隔絕、獨立的,達到熔點或沸點的物質會出現並存的二種狀態。因為在熔點,物質從固態變為液態是一個可逆的反應,我們可利用以下的方程式計算這個反應程序的亂度改變:

ΔSqrev/T

【注1qrevΔHfusion=在熔點熔解1mol固體所需的能量。

【注2T=絕對溫度K的熔點。

3.     同樣的道理可用來解釋在沸點,液態變為氣態的過程,這時qrevΔHvaporization,並且T=沸點。

4.     【例題】2.00mol的水在1atm的壓力下,從50加熱到150,液態水H2O變為氣態水H2O(g)的莫耳熱容量是75.3Jk1mol136.4Jk1mol1,而水在100蒸發的熱含量是40.7kJ/mol

5.     【解題】水是在100從液態變為氣態,整個反應過程可分為3個階段:

1.     ΔS(l)50→100(加熱液體)

2.     ΔS(l)100(g) 100(液態變為氣態)

3.     ΔS(g) 100→150(加熱氣體)

分別計算以上三階段的結果

6.     〈第1階段〉2mol的水從50加熱到100的亂度變化:

利用固定壓力下的亂度變化公式ΔST1T2nCpln(T2/T1)公式

ΔS(1)=(2mol)(75.3 J/K molln373/323)=21.7J/K

注:絕對溫度323K來自於50+273,絕對溫度373K來自於100273

7.     〈第2階段〉2mol的水在100蒸發的亂度變化,可利用以下公式計算:

ΔSqrev/TΔHvap/Tbp

4.07×104J/mol ÷373K

1.09×102J K1mol1

8.     由於有2mole的水被蒸發,所以

ΔS(2)=(1.09×102J/K mol)(2.00 mol

2.18×102J/K

9.     〈第3階段〉加熱2mol的水蒸氣,使水蒸氣的溫度從100變為150的亂度變化

ΔS(2)=(2.00mol)(36.4J/K molln423/373

9.16J/K

10.  整體亂度變化是

ΔS50→150ΔS(1)ΔS(2)ΔS(3)

21.7J/K218J/K9.16J/K

249J/K

n   翻譯編寫Steven S. Zumdahl Chemical Principles

徐弘毅:

1.     2.00mol的水在1atm的壓力下,從50加熱到150,經歷三種不同的亂度狀態:

一、液態水H2O的莫耳熱容量是75.3Jk1mol1,所以從50→100的亂度能量是21.7J/K

二、水在100沸點蒸發的熱含量是40.7kJ/mol,所以水在100沸點的亂度能量是2.18×102J/K,這是整個反應過程中最大的亂度數值,因為這是可逆反應程序

三、氣態水H2O(g)的莫耳熱容量是36.4Jk1mol1,從100→150的亂度能量是9.16J/K

2.     水從50液態變成150氣態會經歷三種亂度掙扎過程:一、液態水增溫過程;二、液態水變氣態水的可逆反應過程;三、氣態水的增溫過程

3.     其中亂度能量最高的就是,二、在100液態水變氣態水的過程,因為這是一個可逆反應程序,在100沸點的時候,水分子會在水蒸氣與液態水之間來回反覆掙扎,所以消耗了不少能量。

4.     一個人處於「無知」的狀態,要進入到學習「一技之長、擁有專業能力」的狀態,過程是相當辛苦的,就像水從液態變成氣態的過程。要克服自己許多的懶散、無知、懦弱、毅力……,中間甚至常常會產生半途而廢的情緒,人類的學習過程是一種「可逆程序」。

5.     一個人如果擁有一技之長,成為某個領域的專業人士,他一定是對這個領域的專業知識產生信仰,並且熟練其技巧,甚至到達習慣性的反射動作的狀態;

6.     但是如果他要學習新的不同領域的專業技能,就必須要暫時擺脫過去的所有習慣,那麼他就必須經歷更加嚴苛的「液態水變氣態水的可逆反應過程」,消耗更多的亂度能量,但是一旦挑戰成功,他成為二個完全不同領域的頂尖專才,那一定可以成為社會上出類拔萃的人物。

7.     許多人都知道蔣經國沒有實行憲法,並且利用特務機關進行箝制言論自由、踐踏人權的工作,受害者包括柏楊等數萬人,蔣經國的確就是人類民主史上的敗類,但是卻沒有辦法公開地講出來,為什麼?

8.     「崇拜獨裁者敗類」是一種慣性,要脫離這種慣性必須要經歷「液態水變氣態水的可逆反應過程」,脫離成功的人就會不斷地公開聲援劉曉波,林騰蛟、關中、王建煊、宋楚瑜有沒有脫離?