定律的表述及其实质

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1、Chapter5Secondlawofthermodynamics第五章热力学第二定律一切热力学过程，能量一定守恒。这是过程能实际发生的必要条件。只要满足热力学第一定律，实际过程就能发生吗？不一定。自然过程有一种自发趋于平衡的趋势。水往低处流；热自发地由高温物体传到低温物体，直到温度相等为止；气体自发地由高压区向低压区膨胀，直到压强相等为止；这些逆向的过程不违反第一定律。符合热一律的过程，不一定能在自然界发生，例如：重物下落，功全部转化成热而不产生其他变化，可自然进行。水冷却使叶片旋转，从而提升重物，则不可能自然进行。··水叶片重物重物绝热壁焦耳热

2、功当量实验过程的唯一效果能否发生热功转换功热功热√热传导高温热量低温高温热量低温√气体扩散分离混合分离混合√一些自然过程的方向：全部全部★表明：在一定外部条件下，一个系统将奔向何方，命运如何，这并非随意。第一定律不能说明自然过程的方向性和不可逆性。自然过程还受另一条规律——热力学第二定律的支配。热力学第二定律用来说明如何判断过程演化的方向和限度。热一律只反映能量转化中数量上守恒，似财务收支平衡，它没有说明能量上在“质”上的差异。热二律却能指明从高温物体上取的1焦耳热量较低温物体上取的相同的热量在“质”上的差别，指明能量的可利用价值。本章主要讲

3、解内容：热力学系统的可逆与不可逆的问题研究，这就是热力学第二定律（§5.1）。为了把过程方向的判断提高到定量水平，必须引入态函数——熵（§5.3）。为了引入熵，必须先介绍卡诺定理（§5.2）与克劳修斯等式（§5.3.1）。从微观上考虑，熵是系统中微观粒子杂乱无章程度的度量（§5.3.8）。把这一概念进行推广，引入信息熵及生物中的负熵。热力学第二定律说法的产生和演变在科学史上，公认克劳修斯最早提出了热力学第二定律。克劳修斯、开尔文在1850－1851年间从不同的角度提出了各自不同的说法和论证。马赫作为一个具有哲学头脑的重要的科学史学家评价克氏说法和开

4、氏说法实际上是等价的。热力学第二定律是一个经验性很强的定律，它的发现必然首先从宏观的大量存在的热和机械功转化现象，特别是热机作功过程开始的。克氏说法和开氏说法虽然都从热机作功的基本假设出发，但没有明确提出“孤立的系统”的前提条件。没有从微观的分子运动观点深入探讨这个定律的含义和作用，以及对这个定律的熵增原理说法作深入和细致的探讨，甚至把它无限推广到宇宙，得出后来引起激烈争论的结论。由于这些原因，热力学第二定律在提出之后，出现了许多深入而更严格的探讨、争论和说法的演化过程。    麦克斯韦、玻尔兹曼、马赫和普朗克等著名科学家，都一致指出，热力学第二

5、定律只有在一个孤立系统条件下才成立。热力学第二定律在微观方面的解释和说法，主要是由玻尔兹曼提出的，他是在克劳修斯和麦克斯韦工作的基础上，用分子运动的统计观点对熵增原理进行新的表述。经过19世纪末的争论后，很快得到国际科学界的公认。作为热力学第二定律的更加深刻和准确的说法，在科学史上占有很重要的地位.“热寂说”几乎从热力学第二定律诞生起就是伴随它的阴影，用克劳修斯自己的话说，热力学两条定律意味着：(1）宇宙的能量是常数；（2）宇宙的熵趋于一个极大值。就是说，全宇宙将达到热平衡，进入热寂（heatdeath)状态。宇宙热寂说是自然哲学史上的一个重要问题

6、，也是科学上无法用观测和验证作出最后判决的学术问题，它的出现注定会引起国际科学界和哲学界的极大关注和争论。这种争论虽然因种种原因而时起时落，至今已延续100多年。多少年来，人们总感到对“热寂说”的批判说服力不强，隔靴搔痒，未中要害。现在我们知道了。击中“热寂说”：一是宇宙在膨胀，二是引力系统具有负热容的不稳定系统。总之，膨胀的宇宙和负热容的引力以出乎意料的方式冰释了“热寂”的疑团，展现了全新的一幅情景：宇宙早期是处于热平衡的高温高密“羹汤”，从这一单调的混沌状态开始，在膨胀的过程中一步步发展出愈来愈复杂的多样化结构。于是，在微观上形成了原子核、原子

7、、分子（从较简单的无机分子到高级的生物大分子），在宏观上演化出星系团、星系、恒星、太阳系、地球、生命，直至人类这样的智慧生物和愈来愈发达的社会。神话中凤凰鸟焚身于烈火之后，从自己的灰烬中青春焕发地再生，这是当代宇宙观的一幅精彩写照。宇宙不但不会死，反而从早期的“热寂”状态下生机勃勃地复生。固然，当今的宇宙学尚不能准确地预卜宇宙的结局，但是折磨物理学界和哲学界100多年的“热寂说”作为历史的一页，可以尽管放心地翻过去了。将热力学第二定律应用于生命系统的物理学家Schrödinger为Quantummechanics创始人之一。1943年，在爱尔兰都柏

8、林三一学院几次做演讲，令人惊奇，他讲的是《Whatislife》，承担了“成为蠢人的风险”，提出了当时很少被人认识、接受的