3d打印衣服骗局:再求热力学第二定律与社会学的关系的资料

9月11日 16:29 热力学第二定律是独立于热力学第一定律的另一实验定律，它指出系统变化进行的可能方向和达到平衡的必要条件，是自然界最基本、最普遍的规律之一。
引入熵，热力学第二定律可表述为:

在孤立系内，任何变化不可能导致熵的总值减少,即

ΔS ≥ 0 (孤立系)

“=”号---绝热可逆等熵过程

“>”号---绝热不可逆熵增加过程
热力学第二定律

中国古代就有燧人氏钻木取火的传说，这一摩擦取火的过程是片面的，机械功通过这个过程转化为热，必须再反过来：热转化为功，过程的辩证法才充分地体现出来。直到十八世纪，欧洲人发明了蒸汽机，才有了第一部把热转化为真正有用的机械功的机器。蒸汽机的使用在欧洲掀起了一个产业革命，提高蒸汽机(热机)的效率是当时急需解决的问题，然而，人们在研究“热机效率到底能有多高”时发现，在一个循环过程中，不能把热完全转变为功，即热机效率不能等于百分之百。

热力学第二定律是要表明能量总是从有序趋向于无序，Kelvin称之为“能量散逸”，如热可自发地从高温处分散到低温处，功可以百分之百转变成热而不引起其它变化,(功是大量质点以有序运动方式而传递的能量，热是大量质点以无序运动方式而传递的能量)。相反，热量从低温向高温处聚集，或热转变成功，这一过程的发生是有条件的。热力学第二定律很抽象，虽然有很多种表述形式，但是没有一种表述是令人满意的。在此主要讨论Clausius和Kelvin的两种表述，我们必须从中找出共同点，理解热力学第二定律的意义。
Clausius的表述

“热量由低温物体传给高温物体而不引起其它变化是不可能的”，热量从高温传到低温处的过程可自发进行，反之，热量从低温传到高温处虽可以进行，但有条件，如通过制冷机将热从低温处转到高温处，除了这部分能量转化之外，必然引起其它变化，就是还要消耗电功变成热，就是说，使热量从低温向高温转移的同时，需消耗另一部分功，变成为热。

2、Kelvin的表述

“从单一热源取出热使之完全变为功，而不发生其它变化是不可能的”，这种说法的意思是从功转变成热，可不引起其它变化，(如摩擦生热，机械功完全转成热而不发生其它变化)，但是其反过程，将热变成功，除了这些能量转换外，必然引起其它变化，否则就不能发生。

例如(请点击上面的动画)：单一热源和理想气体接触，气体在等温下吸热膨胀，对外作功，理想气体温度不变(△U=0)，则Q=W，是热完全转变为功的过程(绿色的面积表示气体所做可逆功的多少)，但气体的体积和压力变化了，即发生了其它变化。(所有热机必须能恢复原状才能连续不断地工作)。若要使气体恢复原状，环境必须对气体做压缩功(红色的面积表示环境所做可逆功的多少)，整个可逆循环过程的热功转变为零。

要实现热到功的转化，需让热机在高温和低温的两个热源中工作(请点击下面的动画)，高温下等温膨胀，再绝热膨胀至低温，在低温下等温压缩，最后绝热压缩使气体恢复原状，整个过程是高温热源处的热部分地转变为功，有一部分热传到了低温热源处，使热完全变为功而不发生其它变化是不可能的。若上述过程是可逆进行的，整个过程是一个卡诺循环(见第三节)，热机效率取决于两个热源的温度，(黄线所围的面积表示可逆循环中热转变为功的多少)。

Clausius和.Kelvin的两种表述实际上是一致的，假如热量可以由低温传给高温物体而不引起其它变化，则热可以完全变为功而不引起其它变化；在上述例子中，如果可以无条件地将低温热源中的热传给高温热源，则整个过程是高温热源中的热完全转变为功(热没有消耗到低温处)，并且没有发生其它变化(气体的状态没有变化)。即Clausius的说法不成立的话，则Kelvin的说法也不能成立，两种表述是一致的。

3、其它的表述

热力学第二定律还有其它各种表述：
“一定条件下，任何体系都自发地趋向平衡。”
“孤立体系中自发过程趋向于熵增大。”
“一切自发过程是不可逆的。”
.....

这些表述都是等效的，自发过程中随着体系作功本领的降低，能量变为分散、更无序的形式，自发过程中能量的转变，但能量的质量下降了，这就是自发过程的方向。

热力学第二定律虽然在十九世纪中叶就已形成，但它的意义，尤其是熵的物理意义(见第七节)，很难被一般人所理解，当时象Clausius和Kelvin等人也不能清楚地理解为什么热和功不同，为什么功可以完全转变为热，但热不能完全转变为功，也就是说为什么热功的转变是一个不可逆的过程，这个问题不能从热力学中找到答案。

热力学第二定律是人类从生产和生活实践中所总结出来的经验规律，它的命运不象热力学第一定律那样一帆风顺，从它的诞生到20世纪初都在不断遭受人们的非议和攻击，在各个时期都有不少人用各种方式企图来否定它，他们大多数是想制造所谓的“第二类永动机”，“第二类永动机”不同于“第一类永动机”，它不违背能量守恒定律，它是这样一种机器，能够仅从单一热源吸取热量，全部转化为功而没有任何其它的变化发生，这显然是违背了热力学第二定律，但很多人想制造成这样的机器，这一企图非常诱人，单一热源如海洋、空气都可以从中被吸取能量，如果第二类永动机能够制造成功的话，人类就有取之不尽的能源，(地球上海水非常丰富，热容很大，仅仅使海水的温度下降1℃，抽出来的热量就足够现代社会用几十万年，很多人想制造一种永动机，从海水中吸取热量做功，则航海不需要携带燃料，但所有的实验却失败了，因为根据第二定律，吸取热转变为功是有代价的，必然要使另一部分能量散失掉，海水中的热不能无偿地让人利用)。“第二类永动机是不能制成的”，是Ostwald对热力学第二定律的另一表述。

热力学第二定律的形成已有一百多年的历史，它经历了坎坷不平的道路，遭受到很多指责和非议，但“真金不怕火炼”，科学真理和自然规律是经得起考验的，尽管以后还有很多人想推翻它，但科学真理是推不翻的。

热力学第二定律是有适用范围的，它只能用于宏观观世界，微观世界如个别分子的运动不能用热力学第二定律去恒量，而对于超客观的世界如宇宙，由于它是一个开放的不平衡的体系，热力学第二定律也无法解释其发展规律，因而它后有非平衡态热力学使热力学得以延伸。