我们通过以上三个实际的热力学过程的方向性的讨论,归纳得到一个普遍性的结论,即热力学过程都是按一定的方向进行的,即不可逆,其逆过程是不能自动发生的。我们可以通过实验装置证明热传导的不可逆性和功变热的不可逆性是相互依存的。同样可以证明,
理想气体绝热自由膨胀的不可逆性和功变热的不可逆性也是等价的。总之,各种宏观自然过程的不可逆性都是相互联系的,只需要承认一种宏观自然过程的不可逆,就可以论证其他宏观自然过程的不可逆性。
德国科学家克劳修斯(Clausius)在1865年提出“不可能把热量从低温物体传向高温物体而不引起其它变化。”开尔文在1851提出的不可能从单一热源取热,使之完全变为功而不引起其它变化。 在克劳修斯的讲法中,指出了在自然条件下热量只能从高温物体向低温物体转移,而不能由低温物体自动向高温物体转移,也就是说在自然条件下,这个转变过程是不可逆的。要使热传递方向倒转过来,只有靠消耗功来实现。 在开尔文的讲法中指出,自然界中任何形式的能都会很容易地变成热,而反过来热却不能在不产生其他影响的条件下完全变成其他形式的能,从而说明了这种转变在自然条件下也是不可逆的。热机能连续不断地将热变成机械功,一定伴随有热量的损失。第二定律和第一定律不同,第一定律否定了创造能量和消灭能量的可能性,第二定律阐明了过程进行的方向性,否定了以特殊方式利用能量的可能性。 为了进一步的解释,热力学第二定律,我们引入的熵的概念。 .
热力学研究的是大量质点集合的宏观系统,热力学能、焓和熵都是系统宏观的物理量。熵是系统的状态函数,当系统的状态一定时,系统有确定的熵值,系统状态发生变化,熵值也要发生改变。
热力学第二定律指出,凡是自发过程都是热力学不可逆过程,而且一切不可逆过程都归结为热功交换的不可逆性。从微观角度来看,热是分子混乱运动的一种表现,而功是分子有秩序的一种规则运动。功转变为热的过程是规则运动转化为无规则运动,向系统无序性增加的方向进行。因此,有序的运动会自发地变为无序的运动,而无序的运动却不会自发地变为有序的运动。
例如,低压下的晶体恒压加热变成高温的气体。该过程需要吸热,系统的熵值不断增大。从微观来看,晶体中的分子按一定方向、距离有规则的排列,分子只能在平衡位置附近振动。当晶体受热熔化时,分子离开原来的平衡位置,系统变为液体,系统的无序性增加。当液体继续受热时,分子完全克服其它分子对它的束缚,可以在空间自由运动,系统的无序性进一步增加。
因此,熵是系统无序程度的一种度量,这就是熵的物理意义。当系统的无序程度增大,系统的熵值也增大。玻尔兹曼(Boltzmann)定量表述为公式,k称为玻尔兹曼常数。 通过在上网看书等种种方式了解热力学第二定律,发现至今为止仍热有人对热力学第二定律经行质疑。热力学第二定律是建立在对实验结果的观测和总结的基础上的定律。虽然在过去的一百多年间未发现与第二定律相悖的实验现象,但始终无法从理论上严谨地证明第二定律的正确性。自1993年以来,Denis J.Evans等学者在理
物理是一门历史悠久的自然学科。随着科技的发展,社会的进步,物理已渗入到人类生活的各个领域;物理学存在于物理学家的身边;物理学也存在于同学们身边;在学习中,同学们要树立科学意识,大处着眼,小处着手,经历观察、思考、实践、创新等活动,逐步掌握科学的学习方法,训练科学的思维方式,不久你就会拥有科学家的头脑,为自己今后惊叹不已的发展,为今后美好的生活打下扎实的基础。
关键词:
物理渗入人类生活 各个领域 存在 物理学家同学们身边 科学意识科学学习方法
科学思维方式物理是一门历史悠久的自然学科,物理科学作为自然科学的重要分支,不仅对物质文明的进步和人类对自然界认识的深化起了重要的推动作用,而且对人类的思维发展也产生了不可或缺的影响。从亚里士多德时代的自然哲学,到牛顿时代的经典力学,直至现代物理中的相对论和量子力学等,都是物理学家科学素质、科学精神以及科学思维的有形体现。随着科技的发展,社会的进步,物理已渗入到人类生活的各个领域。例如,光是找找汽车中的光学知识就有以下几点: