熵增原理与耗散结构
熵和熵增加原理
求 1.00kg冰融化为水时的熵变。
解：在本题条件下，冰水共存。若有热源供热则发 生冰向水的等温相变。利用温度为273.15+dT的热源 供热，使冰转变为水的过程成为可逆过程。 1.00kg冰融化为水时的熵变为：
2 d Q 12 Q m h
S 2 S 1 1T T 1d Q T T 1 .2 k2 /K J11
熵是系统状态的函数。
当状态由状态‘1’变化到状态‘2’时系统的熵增量：
SS2S1
kln 2kln 1 k
ln
2 1
克劳修斯根据卡诺定理导出了热量和熵的基本关系。
2
•克劳修斯熵公式
在卡诺定理表达式中，采用了讨论热机时系统吸
多少热或放多少热的说法。本节将统一用系统吸热表
示，放热可以说成是吸的热量为负（即回到第一定律
T
以重物及水为孤立系统，其熵变：
S S 水 S 重 物 dT 水 Q 0cT m T
C为 比热
EdMghT T0cm TT T0 T0S
15
注意：
1）退化的能量是与熵成正比的；
热源温度愈高它所输出的热能转变为功的潜力就
愈大，即较高温度的热能有较高的品质。当热量从高温
17
原来生命是一开放系统。其熵变由两部分组成。
开放系统---与外界有物质和能量的交换的系统
SSeSi
S i 系统自身产生的熵，总为正值。
S e 与外界交换的熵流，其值可正可负。
当系统远离平衡态时系统不断消耗能 源与物质，从熵流中获取负熵，从而使系 统在较高层次保持有序。正如薛定谔指出 来的：
分本来可以利用的能量变为退化的能量；可以证明：
退化的能量实际上就是环境污染的代名词。节约能源
从经济角度谈熵与耗散结构理论的意义
管理学院课程名称：组织行为学学生班级： MBA秋季班学生姓名：张爱芳学生学号：140206300444学生成绩：教师签名：从经济角度谈熵与耗散结构理论的意义公司治理”(Corporate G over n ance)是随着股份有限公司出现，作为所有权与经营权分离而引发的代理问题的产物。
自出现后，其治理模式及其治理结构和治理机制总是在不断地演变着。
每当新的治理模式(公司治理结构或公司治理机制)出现后，就会极大地促进公司治理效率的提高。
然而，随着时间的推移，这些新的治理模式的治理效率却会逐渐下降甚至失效，表现出所谓的“治理失灵”，于是又引进新的治理模式重新激发起公司治理的治理效率，就这样“治理 A——失灵 B——再治理 c”不断地演变着。
这种演变有两个突出的特点：一是不可逆性；二是呈越来越复杂、越来越规范有序的方向性。
公司治理为何会掉进这样一个“恶性循环”的怪圈里呢? 这背后的深层动因是什么呢? 本文欲借助热力学中的熵、耗散结构理论来揭开这一谜底。
公司的内部治理就是公司的出资者为保障投资收益，就控制权如何在由出资者、董事会和高级管理层组成的内部结构之间的分配所达到的安排。
股东、董事、管理层三者之间的相互关系构成了公司内部治理的基本内容。
它是一个相对封闭的系统，是公司治理的核心。
公司外部治理是属于非正式的制度安排，是通过一系列市场机制作用达到对公司利益相关者的利益协调。
一、治理熵：公司内部治理的治理效率递减之因人力资源管理是各生产力要素中最重要的一个。
事业单位的知识密集特征需要充足的人力资源作支撑。
只有不断改进事业单位的用人机制，整合相关人力资源，实施“以人为本”的管理模式，才能保持勃勃生机与创新活力，为社会提供高效优质的公共服务。
要做好人力资源管理，首先要弄清人力资源管理各个职能之间的相互关系，找到一个激发点，带动各个职能的推进，形成良性的管理循环。
绩效管理就是这样的一个激发点，它来源于发展战略，将发展战略进行层层分解，落实到各个部门、各个岗位上，然后通过对各个岗位、各个部门的绩效进行管理，监控记录绩效数据并对绩效数据进行分析，找出短板进行改进提升，促使单位战略的达成。
熵、耗散结构理论与企业管理
理的组织、 制度、 政策、 方法等在相对封闭的组织运动 过程中， 总呈现出有效能量逐渐减少， 而无效能量不断
［=］ 增加的一个不可逆的过程 。 ［=］ ： 第一， 组织是 管理熵数学模型建立的假设条件
一个相对封闭的孤立系统， 较少与环境进行信息、 物质 和能量交换； 第二， 组织内存在着能量的差异， 处于一 种不平衡状态。该模型表示方法为；
熵、 耗散结构理论与企业管理
刘艳梅， 姜振寰
（哈尔滨工业大学 管理学院， 黑龙江 哈尔滨 (?"""(）
［摘 要］ 将热力学系统中熵、 耗散结构理论与企业管理相结合， 根据熵增原理， 管理系统出现从有序到无序的演变， 从
本质上说明了企业管理的必要性。根据耗散结构理论， 管理系统出现从无序到有序的演变， 从本质上说明了企业应如何 进行管理。 ［关键词］ 熵； 耗散结构； 企业管理 ［中图分类号］ @A(A ’ ((； B!C" ’ C； @A(? ’ # ［文献标识码］ D ［文章编号］ (""EF!A?0 （!""#） "(F""EEF"A
（二） 熵概念在企业管理中的运用 美国学者 2 3 45675- 和 83 9:.;<% 认为： 今后一段历 史时期， 将由熵定律取代牛顿定律作为主要规范而占 统治地位。哲学家、 政治家、 科学家、 军事家、 经济学 家、 教育家以至神学家都将纷纷据此重写著作。 其结 果， 必将揭示自然科学与社会科学的种种奥秘及其相 互之间的某些联系， 产生新的思想飞跃， 导致整个人类 社会的发展、 进步。实际上， 熵的应用扩展得十分迅 速， 已经从自然科学拓展到了社会科学领域。 热力学第二定律的理论核心就是不可逆性。这种 不可逆性， 是指无论何种初始条件的系统， 都将顺着熵 越来越大， 状态越来越混乱， 越来越无序的方向走向终 极平衡态。它是一切真实系统都存在的最具本质的特 征， 企业管理系统也包括在内。从系统角度来说， 热力 学系统与企业管理系统有着很多的相似性， 如不确定 性， 成员数的大量性和不可逆性等等， 它决定了系统与 系统之间可以相通。 既然要借鉴热力学相关理论来解决管理的问题， 首先得定义出管理系统的熵 （简称管理熵） 。根据管理 系统状态变化和热力学系统状态变化的相似性、 统计 万方数据
热力学第二定律熵概念推广耗散结构
热力学第二定律熵概念推广耗散结构
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•生命过程---耗散过程 高熵---混乱 热平衡----死亡 要活着---身体保持低熵状态
•薛定谔：生命是什么?
“生命之所以能存在，就在于从环境 中不断得到 ‘负熵’”
“有机体是依赖负熵为生的 ”
----生命的热力学基础
混沌（chaos）状态
热力学第二定律熵概念推广耗散结构
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定量的研究要提出物理模型 建立数学模型 然后再解相应的微分方程组
如果我们能弄清自组织现象的规律 自觉控制一些参数 使事物 朝着我们所希望的耗散结构的方向发展 那么我们这个世界将会更加美好!
热力学第二定律熵概念推广耗散结构
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“耗散结构”参考书
§4 熵概念的推广
一、 熵与能量 二、 熵与时间 三、 熵与生命 四、 熵与信息 五、 熵与社会
热力学第二定律熵概念推广耗散结构
1
一、熵与能量 热律： 能量守恒 热律： 能量转化能力 •有序 能力强 无序
能力弱
•有序到无序能量转化过程不可逆
一部分能量不能再作功
--能量退化
热力学第二定律熵概念推广耗散结构
热力学第二定律熵概念推广耗散结构
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数学家 史蒂芬指出： 至少存在三个时间箭头 将过去和将来分开
热力学箭头 无序度增加的时间方向
心理学箭头 只能记住过去
宇宙学箭头
宇宙膨胀
三个箭头所指方向一致
热力学第二定律熵概念推广耗散结构
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三、熵与生命 热律：孤立系统 无序度增加 熵增加 但生物进化过程：成长过程有序度增加
2
对热律深入认识 A)能量退化角度认识
孤立系统内发生的自发过程 必然导致能量的退化
热寂说热力学第二定律熵增耗散结构
热寂说热力学第二定律熵增耗散结构热寂说--热力学第二定律(熵增)--耗散结构00热寂说是十九世纪六十年代由德国物理学家克劳胥斯用热力学第二定律讨论宇宙问题而得出的一种错误结论。
热力学第二定律指出，在一个不与外界发生相互作用，即不与外界发生物质和能量交换的孤立系统中，熵的变化总是大于或等于零，这就是熵增加原理。
按照这一原理，孤立系统的熵必趋于极大，即趋向平衡态，最后达到温度平衡。
克劳胥斯不懂辩证法，不能正确理解热力学第二定律，故将这一只适用于有限范围的定律外推到无限宇宙中，1865年错误地把这个定律概括为“宇宙的熵趋极大”。
1867年他又在《关于热力学第二定律》的通俗讲演中，更加明确地说：“宇宙的熵趋向于极大。
宇宙越是接近于这个熵是极大的极限状态，进一步变化的能力就越小；如果最后完全达到了这个状态，那就任何进一步的变化都不会发生了，这时宇宙就会进入一个死寂的永恒状态。
”这就是热寂说或宇宙热寂说。
这段话的意思是，自然界一切机械运动、电磁运动、化学运动等运动形式都将转化为热运动，而热运动则不能向其他运动形式转化，而热量不断向宇宙空间逸散，最后达到热平衡，宇宙各处温度都一样，于是一切变化都停止了，什么运动也没有，此时宇宙陷入热的死寂状态而毁灭。
如果要使宇宙复活重新运动起来，就必须靠外来的推动。
“因此，必须设想有上帝存在了。
牛顿的第一推动力变成了第一炽热。
”（《马克思恩格斯全集》第32卷第267页）热寂说一提出就受到宗教神学界和各种唯心主义派别的特别欢迎，利用它来作为世界末日论和上帝创世说的“科学”根据。
直到1951年，罗马教皇庇护十二世在《从现代自然科学看上帝存在的证明》的演说中，还将宇宙热寂说作为“承认宇宙中有个神圣的造物主”的证据。
实际上，宇宙热寂说和热力学第二定律之间并没有必然联系，前者并不是后者的科学推论。
恩格斯根据能量守恒和转化定律指出了热寂说的错误：一是违反了能量转化原理（质不灭原理），“克劳胥斯的第二原理等等，无论以什么形式提出来，都不外乎说：能消失了，如果不是在量上，那也是在质上消失了。
热力学第二定律熵概念推广耗散结构
耗散结构的应用实例
01
生态系统的自组织
生态系统是一个开放系统，通过与外界进行物质、能量和信息的交换，
形成了复杂的有序结构。例如，森林中的动植物种群分布、食物链等。
02
经济系统的自组织
经济系统也是一个开放系统，通过与外界进行物质、能量和信息的交换，
形成了有序的结构。例如，市场的供需平衡、企业的竞争与合作等。
定律的应用场景
• 热力学第二定律在能源利用、环境保护、 化工生产等领域有着广泛的应用。例如， 在能源利用方面，热力学第二定律指导我 们如何更有效地利用能源，提高能源利用 效率；在环境保护方面，热力学第二定律 可以帮助我们理解自然界的自净能力和环 境治理的原理；在化工生产方面，热力学 第二定律可以指导我们如何优化生产过程， 提高生产效率和产品质量。
相对熵
衡量两个概率分布之间的差异，可以用于描述系统演化过程中的 信息损失。
信息熵的概念
01
信息熵
表示随机变量的不确定性或混乱 程度，与随机变量的概率分布相 关。
熵编码
02
03
信息增益
利用信息熵的原理，通过编码技 术减少数据冗余，提高数据压缩 效率。
在决策树算法中，用于衡量特征 对分类的贡献，与信息熵的概念 相关。
耗散结构的特征
自发性
耗散结构是在开放系统中自发形成的， 不需要外部干预或指令。
稳定性
耗散结构一旦形成，就具有一定的稳 定性，能够抵抗外界的干扰和变化。
有序性
耗散结构具有高度的有序性，这种有 序性是通过与外界的相互作用而形成 的。
动态性
耗散结构不是静止不变的，而是处于 动态变化中，不断地与外界进行物质、 能量和信息的交换。
熵与信息量的关系
耗散结构理论在企业管理中的应用
耗散结构理论在企业管理中的应用随着我国市场化进程的不断推进，企业想要在激烈的市场竞争中保持长久的发展动力，就需要不断对企业的管理进行创新，这就是要不断提高企业有序化的管理制度。
而耗散理论研究的就是系统从无序到有序、低序到高序的发展过程，因此加强对耗散理论的研究，对增强企业管理具有深远的现实意义。
1 耗散结构理论根据热力学第二定律，在热力学系统中，热能总是从高温物体自发地向低温物体传递，这就是说物体总是向着熵增的方向转变，运动状态也会变得越来越混乱，这是一种不可逆的状态。
热力学的熵增原理根本观点就是宇宙是自发地向有序的方向转变，最后达到平衡的状态。
从系统学角度上来考虑，企业的发展和热力学系统是一致的，比如公司发展的不确定性、成员数量较大以及具有不可逆性。
但是从达尔文的进化理论来看，人类进化的方向是从无序到有序的过程，这正好和熵增理论相反，因此普利高津在1969 年提出了耗散理论，就是为了解决热力学和进化论之间的矛盾。
普利高津在分析耗散理论的时候，将宏观的系统分为三类：孤立系统、封闭系统以及开放系统，在针对开放系统分析的时候，又根据热力学的定义将其分为热力学平衡态、近平衡态以及远离平衡态，而远离平衡态的开放系统通过和物质之间进行不断的能量和物质的交换，就会产生自组织的现象，这样系统就会逐渐由无序向有序的方向转化，这样一种自发形成的有序结构就是耗散结构。
要形成耗散结构需要具备四个条件：1.1 系统是开放系统要存在系统和外界环境之间的物质和能量的交换，这就必须是一个开放性的系统。
而热力学第二定律中所讲述的熵增原理是存在于封闭系统的，只有在封闭系统的时候，系统的紊乱程度才会逐渐增大，也就会逐渐趋于稳衡状态。
耗散结构是开放系统的时候，通过和外界不断进行物质、信息以及能量的转化和传递，从而保持源源不断的生命力。
当开放系统从外界获得能量大于能够克服熵增的能量的时候，就能够逐渐趋于有序状态。
1.2 系统远离平衡状态系统想要转化成有序的状态，就需要处于不平衡的状态，这样系统内部的能量和物质才会进行转化，这样才能够逐渐形成有序的状态，这样才能够具有动态特征。
有趣的“熵增定律”和“耗散结构”
有趣的“熵增定律”和“耗散结构”1854年，一位叫克劳修斯的欧洲人，首次提出了“熵”的概念，认为“在孤立的系统内，分子的热运动总是会从原来集中、有序的的排列状态逐渐趋向分散、混乱的无序状态，系统从有序向无序的自发过程中，熵总是增加。
当熵在一个系统内达到最大值时，系统就会处于一种能量守恒状态而呈现一种静寂状态”（摘自网文《熵与社会发展》，作者山川若般）。
“熵”是热力学第二定律的核心概念，而热力学第二定律的另一层含义是，随着平衡的呈现，熵的递增是不可逆转的。
也就是说，熵是“时间之矢”（英国天文学家爱丁顿爵士语），时间是有力量的，时间亦是万物永恒的腐蚀剂，时间将所有的人，社会、生物、地球、太阳系以及宇宙引入不可逆的寂灭之路。
正像马克思所言：人从诞生之日起，就已经大踏步地在向着坟墓迈进。
这是恒定的铁律，在科学上被冠以“不可逆的熵增的必然性”。
克劳修斯发现了令人绝望的“熵增定律”，我们无法再去重现那是克劳修斯发现它时的精神状态，但有资料表明，天文学家、文学家和演员的自杀率似乎是最高的，许多西方科学家作为科学家的同时，也是虔诚的宗教徒。
例如天文物理学的奠基人开普勒曾写道：既然天文学家是自然之书最高上帝的牧师，适合我们思考的不是我们智慧的光荣，而是居于一切之上的上帝的光荣；牛顿是经典力学体系的建立者，包括发现万有引力定律、运动三大定律。
他信仰耶稣基督和救世主，晚年写了大量宗教方法的手稿，从年代学和圣经研究到神学阐释；我们必须记住，宗教和科学所处理的事情性质各不相同。
科学所从事的是观察某些控制物理现象的一般条件，而宗教则完全沉浸于道德与美学价值的玄思中。
一方面拥有的是引力定律，另一方面拥有的则是神性的美的玄思。
一方面看见的东西另一方面没有看见，而另一方面看见的东西这一方面又没有看见。
（怀特海《科学与近代世界》）。
理性主义使人类不断摆脱着蒙昧，同时也使人类遭受着从未有过的心灵绝望，就比如“熵增定律”。
1981年，美国出版了一本轰动一时的著作：《熵：一种新的世界观》，从而将熵的概念从自然科学范畴推演到了人类的社会学，有科学家断言：熵增定律最终控制着政治制度的兴盛和衰亡，国家的自由和奴役，商业和实业的命运，贫困和富裕的起源，以及人类总的物质福利。
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企业的生命周期
• 创业期 • 成长期 • 成熟期
• 衰退期
从有序到混沌
能源
熵增不可逆 但可以延缓
熵增不可逆 但必须延缓
•节能减排 •循环经济 •可持续发展
熵增不可逆 但可以延缓
热电联产：减少冷源损失，
提高热功转换效率。
资源综合利用：减量化处
理，资源化利用。
熵增不可逆 但必须延缓
建议 节约用电、合理用电 工业锅炉节能环保 综合提升行动
热力学第二定律
（克劳修斯
德国
1822－1888年）
热不可能自发地从低温传到高温。 热不可能100%转化为功，热转化 为功需要附加条件---冷端损失。 热机工作时，不但要有提供能量的 热源，还要有供释放低温热量的冷 源。
热力学第二定律
（开尔文 英国1824-1907 ）
在孤立系统中，不可能从单一 热源取热做功，而不产生任何损 失。
熵增原理 与耗散结构
福建省热电行业协会 方桂平
㶲与㷻
一锅开水可以煮熟鸡蛋
一池温水永远不能
能量守恒定律
• 热力学第一定律
•第一种永动机
地球上有大量的海水，它 的总质量约为1.4×1018t， 只要 这些海水的温度降低0.1度，就 23 能放出5.8×10 J的热量，这相 当于1800万个核电站一年的发电 量。 第二种永动机
谢谢！
熵增
只要有热量从系统内的高温物体流向低 温物体，系统的熵就会增加： S =∫dQ1/T1+∫dQ2/T2
假设dQ1是高温物体的热减量，T1是其绝对温度； dQ2是低温物体的热增量，T2是其绝对温度，
则：dQ1 = -dQ2，T1>T2 于是上式推演为：S = |∫dQ2/T2||∫dQ1/T1| > 0 熵增是一个自发的不可逆过程
凝汽发电能流图
凝汽式
抽汽凝汽式
背压式汽轮机
熵
1850年，德国科学家_克劳修斯 首次提出熵的概念
在热力学中，熵是系统的状态函数 S =∫dQ/T或ds = dQ/T 其中，S表示熵，Q表示热量，T表示 温度。 该表达式的物理含义是：一个系统的 熵等于该系统在一定过程中所吸收（ 或耗散）的热量除以它的绝对温度。
有序 混沌
从有序到混沌 从混沌到有序
社会组织
• 朝鲜：超稳定结构，超振荡状态 • 前苏联：一夜倾覆 • 东欧的颜色革命：墙倒众人推
如何成为百年老店
• 增加负熵流： 内部：强化管理、加强沟通、营造氛 围、正确价值观导向。 外部：对外开放，引入人才、导入新 的理念 • 减少正熵流：拉帮结派，组织松散， 相互猜疑，彼此提防，互不沟通；各 谋私利，只顾个人，不要集体，工作 拖拉，刻意误工，管理者恣意行使管 理权
有序 混沌
植物生长 生命成长
耗散结构
（ 普利高津 比利时1917～2003 ）
开放系统 远离平衡态 非线性作用 涨落导致有序
从混沌到有序
（比）普里戈金、（法）斯唐热 ）
生命科学 社会科学
生命与熵
• 生命的成长___负熵流 • 生命的平衡___ （正负熵的平衡） • 生命的衰竭___ 疾病 生理失调 （熵增） • 生命的整个过程是熵增的结果。
能量守恒
但品位下降
• 火力发电---损失约60%的低位
热能，才将40%高位热能转化为电（ 功）。
• 水泥---将有活性的石灰石变油
变成少能量的塑料。Q
• 钢铁---
从有序到混沌
（ 克劳修斯 ）
物质不灭、品位降低 能量守恒、质量下降 （-273℃）没有温差，世 界趋于寂静 ---热的静寂(heat death)