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7.3:

热力学第二定律

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生物学
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JoVE 核 生物学
Second Law of Thermodynamics

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热力学第二定律 也可以在典型的食物链中得到验证。 它指出熵,即系统中无序的量 会在每次能量传递或转变时得到增加。 当主要作物从太阳获得能量 并产生食物时,有一少部分会转化 成无法使用的热能,从而 随着氧气释放到环境中。 虽然主要消费者是从植物中 获得化学能源,但是少量热能也会 在代谢过程中与二氧化碳一起释放。 最后,在捕食者层面 只有来自太阳原始能量的 一小部分是可以被利用的。 所释放的热能和其他代谢副产物 现在已经增加了系统的熵。

7.3:

热力学第二定律

热力学第二定律指出,熵,或系统中无序的数量,随着能量的转移或转化而增加。每一次能量转移都会导致一定数量的能量损失——通常是以热的形式——这增加了周围环境的无序性。这也可以在一个经典的食物网中得到证明。食草动物从植物中获取化学能,并将热量和二氧化碳释放到环境中。食肉动物吸收食草动物产生的化学能——其中只有一小部分代表来自太阳的原始辐射能——同时还向周围释放出带有二氧化碳的热能。因此,在食物网的每个阶段释放的热能和其它代谢副产品增加了它的熵。

热力学第二定律

热力学第二定律指出,每当能量转移或转化时,熵或系统中无序的数量就会增加。在每一次能量转移中,一定数量的能量以一种不可用的形式流失,通常以热的形式流失。这种热能可以暂时提高它遇到的分子的速度。因此,一个系统对周围环境失去的能量越多,它就越不有序,变得越随机。

与热力学第一定律类似,热力学第二定律也可以在经典的食物网中得到证明。当初级生产者,如植物,从太阳获得能量并制造食物时,一小部分转化为不可用的热能,与氧气一起释放到环境中。

当初级消费者像草食动物从植物中收获化学能时,它们也会在代谢过程中释放少量热能和二氧化碳。食肉动物收获草食动物产生的化学能,只有一小部分代表来自太阳和太阳的原始辐射能,同时释放二氧化碳的热能进入周围环境。因此,释放的热能和其它代谢副产物增加了食物网中的熵。

Suggested Reading

Feinman, Richard D, and Eugene J Fine. “‘A Calorie Is a Calorie’ Violates the Second Law of Thermodynamics.” Nutrition Journal 3 (July 28, 2004): 9. [Source]

Kleidon, A. “A Basic Introduction to the Thermodynamics of the Earth System Far from Equilibrium and Maximum Entropy Production.” Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences 365, no. 1545 (May 12, 2010): 1303–15. [Source]