耗散

耗散是出现在非匀相热力学系统中不可逆过程的结果。耗散过程是指能量（内能、动能或势能）由一种形式转换到另一种形式，而且后者可以作的功少于前者。例如将能量转换为热是一种耗散过程，因为热会由较热的物体转移到较冷的物体，二者的温度差会减少，根据热力学第二定律，这様会使二者物体所组成系统可作的机械功减少。

热力学的耗散过程在本质上就是不可逆的，此过程以固定的速率产生熵（英语：entropy production）。若一个过程的温度都有明确的定义，单位体积内温度乘以熵的变化率即为单位体积耗散的能量。

不可逆过程包括：

1. 热流过有热阻的物体
2. 流体流过有流阻的物体
3. 扩散作用（混合）
4. 化学反应
5. 电流流过电阻（焦耳发热）

一些特定情形下的耗散过程无法用单一的哈密顿力学方程来描述。耗散过程需要将允许的哈密顿描述形成一个集合，每一个描述一个特定未知的相关物理量，包括摩擦力其他类似使能量减少的力，也就是将相干性的能量转换到各向同性较高的能量分布的力。

在计算物理学中，数值耗散（numerical dissipation）也称为数值扩散（英语：Numerical diffusion）（numerical diffusion），是指一种出现在微分方程数值解中的副作用。当一个没有耗散的纯平流（英语：advection）方程式利用数值分析方式求解时，其初始波的能量会依类似耗散过程的方式减少，此时会称此数值分析方式含有耗散项。不过有时为了提升数值解的数值稳定性，会特别加入人工耗散（artificial dissipation）^[1]。

波或振荡的能量会随着时间而减少，而其原因多半是因为摩擦力或紊流。而其减少的能量常会使系统的温度上升。一个波的振幅减少，也就表示有能量的耗散。实际的效应则依波的本质而不同，例如大气波（英语：Atmospheric wave）在接近地表处，会因为摩擦力或地面的质量而耗散，在较高空处则会因为辐射冷却而耗散。

在数学领域中，可以用一动力系统中的游荡集来定义该系统是否为一耗散结构。

水利工程中的耗散

在水利工程中，耗散是指将往下流动水的动能转换为热能及声能的过程。有许多设备可以放在河床上，减少水流的动能，也减少对河岸和河床的侵蚀。例如让水垂直流下，有类似瀑布的效果，或是让水流过抛石（英语：Riprap），其目的都是减少水的动能。

相关条目

• 耗散系统
• 涨落耗散定理（英语：Fluctuation-dissipation theorem）

参考资料

1. Thomas, J.W. Numerical Partial Differential Equation: Finite Difference Methods. Springer-Verlag. New York. (1995)