捍卫热力学第二定律

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1、捍卫热力学第二定律——驳《简明工程热力学基础》一书的错误论点成如山（湖南师范大学物理与信息科学学院长沙410081）摘要：热力学过程是自然界最基本的过程之一，热力学第二定律就是揭示所有热力学过程进行的条件和方向及限度规律的一条定律，理论和实践都证明它是科学真理。而2005年以来，赵兴龙先生在网上多次发贴，称自己已推翻了热力学第二定律，并悬赏50万元人民币征求能驳倒其实例的反例，但至今无人问津。2006年9月出版的《简明工程热力学基础》为赵先生该观点的代表作，其所谓推翻热力学第二定律的实例尽显其中。本文只对书中否定热

2、力学第二定律的四大实例进行批驳，以捍卫热力学第二定律。关键词：热力学第二定律氦II喷泉效应超可逆过程过程熵增绝热减熵流动1.引言2005年浙江温州的赵兴龙先生在网上发表文章，称自己已推翻了热力学第二定律，且悬赏5万元人民币征求驳倒其论点的理论或试验，但无人问津。2006年初又将悬赏金提高到50万元人民币，不仅无人应战，反而有高级工程师、专家、学者在网上发贴，支持赵先生的错误论点，甚至称赵为“科学巨人”；同年9月赵编著的《简明工程热力学基础》（以下简称《基础》）一书公开出版，其所谓推翻热二定律的论据尽显其中。我曾从事

3、大学热力学教学与研究38年，教学之余曾发表过有关热力学的研究论文数篇。经历学习、教学、研究，我对热力学理论（包括热力学第二定律）深信不疑，奉为科学真理，并为此奋斗数十载而感到无比欣慰与光荣。然而赵先生的挑战使我很不安，为了捍卫科学真理和维护国家的声誉，也为了维护自己及学生的尊严，我必须出来应战。我也希望赵先生及其支持者，尽力说出自己的理论与试验，做到赢得痛快，输得心服。我亦如此。从物理学的角度来衡量，《基础》一书中有许多不规范、不严谨、不科学之处，以后有机会再作理论。此文只批驳书中否定热力学第二定律的四个问题。13

4、2.氦II的喷泉效应书中第四章第八节写道：“根据卡诺热效率的公式，在绝对零度的环境下，才有100%热效率的热机。而其实，只需有2.17K以下的温度，也能把热100%地转化为功。”其依据是，书中说：“液态氦的沸点（气压为0.1MPa时）为4.2K，但其降为2.17K以下时液氦可毫无阻挡地流过极细小的缝隙，这称为超流动性，这种液氦称为超流体，记为氦II。超流体可以产生如图1所示的喷泉效应。”具体过程是：“在装有氦II的杜瓦瓶中插入玻璃容器，该容器的下部装满了极细小的FE3O4光粉（俗称红粉）。红粉被压得十分密实，使粉末

5、的间隙很小很小，但HeII原子仍能毫无阻挡地通过。红粉层的下端由棉花塞与杜瓦瓶中的HeII相通。玻璃容器上部为一上端开口的细管，并伸出到He表面之上。若用强光持续照射该容器下部，则红粉吸热，并可看到玻璃容器顶端开口处有高达30厘米的液氦持续喷出。这种现象称为喷泉效应。将喷泉对准发电机的叶轮，让其转动而发出电能。液氦喷泉把热100%转变为功。从这些论证我们应当有所思考。”书中这段用氦II产生喷泉效应，再用喷泉推动发电机发电的叙述是正确的，以此作出氦液吸取的热量100%地转化成了对发电机作的机械功的结论及提醒读者由这个

6、喷泉效应而引出热量100%可转化为功的结论，在一定条件下也是正确的。因为这种热→功是单个过程而不是循环过程。热量100%转化为功的单过程（或非循环过程）是存在的（如理想气体的等温膨胀过程或上述喷泉过程），是不违反热力学第二定律的。赵先生认定喷泉效应这个非循环过程的热量100%地转化成了功，是违反热力学第二定律的，这是对该定律的理解欠深而得出的错误结论。赵13先生进一步认定热机工作过程与喷泉过程一样都能把所吸取的热量100%转化为功，是对热机工作过程必须经历热力学循环过程认识不深所造成的。其实道理很简单，要制成热机就

7、必须周而复始地把热量转变为功为人类服务，而要能周而复始地做功，在理论上讲热机的工作过程就必须遵循某个循环（从始态经过一系列过程又回到始态），而既要完成某个循环又要吸热作功，就必需有放热过程才能回到始态。这就是说回到始态循环必需有吸热过程（才能作功）和放热过程（才能回到始态完成循环过程）。既然必需放热，则在循环中所吸的热量就不可能100%转化为功。但若能达到绝对零度OK（即-273.15。C），则热机吸热作功后可经绝对零度的环境回到始态以完成循环，而经绝对零度环境的过程无需放热（无热量可放），故该循环只有吸热作功，即

8、热效率可达到100%。除此类热机循环外，其他任何不经过绝对零度的热机循环，其热效率都必低于100%。但可惜热力学第三定律已肯定绝对零度是用有限的手续所达不到的，意思是说，只有用无限的手续才能达到，无限手续就是比人类想到的手续还要多，还要复杂，这实际就是人类无法达到，但可无限接近的最低温度（即绝对零度是可望而不可及）。既然如此，热效率为100%的热机是造不成的