可逆与不可逆是矛盾的对立统一——兼批“热寂说”、讨论热力学第二定律

热力学第二定律是一条自然规律,它是于1850年和1851年由克劳胥斯和开尔文分别在卡诺循环的基础上总结出来的。热力学第二定律的克劳胥斯说法是:“不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响。”开尔文说法是:“不可能从单一热源取热使之完全变为有用的功,而不产生其他影响。”这两种说法意义相同,只是表述形式不同。一百多年来,还没有发现违反热力学第二定律的事例。 在建立热力学理论体系的过程中,出现了“宇宙热寂说”。1865年克劳胥斯提出了“宇宙的熵趋于极大值”的荒谬结论。1867年他进一步说:“当熵达到它的最大值时,宇宙就不可能再发生任何大的变动,将处于某种惰性的死寂状态中”。这就是披着“科学”外衣,     

关于热力学第三定律表述的说明

热力学第三定律有几种表述方法,“绝对零度不能达到原理”即是其中一种.这种表述方法与我们熟知的热力学第一定律、第二定律的永动机说法采用了相似的形式,但其内容却不同.第一定律、第二定律告诉人不必再去尝试制造永动机,因为这种既要马儿跑得好,又要马儿不吃草的事是完全不可能的,然而第三定律虽然指出绝对零度不可能达到,但并不限制人们使物体的温度趋近于绝对零度,只是说“不可能用有限的实验手续使一个物体冷到绝对零度”.下面先回顾以往人们取得低温的方法,然后讨论极低温度下熵的行为以说明绝对零度不可能达到.     

关于内能概念的教学研究

“内能”是热学的基本物理量之一,也是一个基本的热力学函数。在普通物理热学中应将“内能”作为一个教学重点,不仅在热力学第一定律部分要讲清楚内能概念的引入,定义(宏观和微观两个方面),它与热量、热能的关系,还要善于把“内能”贯穿到热学和分子物理学的教学中去。这是因为,热力学是从能量观点出发来研究宏观物体热性质的,热力学第一和第二定律所揭示的都是能量传递和转化所必须遵从的规律。但是,热力学所研究的宏观物体热性质,还必须用分子物理学的观点和方法加以分析,才能了解其本质。以下从五个方面:内能宏观定义的教学;内能微观定义的教学;热力学第二定律中有关内能的教学;固体的内能;相变时转变热的分析谈谈我们在有关内能概念教学中的点滴体会。内能概念分为宏观和微观两个方面,这种区分正体现了热学理论中按照研究观点和方法的不同分为宏观理论和微观理论两个部分一样。     

利用热力学第一定律分析一种磁力伪永动机

第一类永动机是一种想象中的不需外界输入能量便能够不断运动并且对外做功的机器。最近某些空想者声称能制造出磁力永动机。文中针对他们提出的一种以磁力和重力为驱动力的"永动机",通过利用热力学第一定律分析证明该"永动机"无法实现永动。任何科学研究都必须遵循自然规律,违背热力学相关理论的永动机是不可能造出来的。对于伪科学的思考和批判,不仅有利于人们正确地认识科学,而且有利于人们正确地认识世界。     

流化床非平衡态热力学分析模型

用非平衡态热力学的分析方法分析了流化床系统的熵、熵产生、熵流,讨论了流化床系统的热力学分支和耗散结构分支,论证了流化床系统的能量最小原则,使热力学第二定律同流化床理论研究有机地相结合。建立了鼓泡流化床的数学模型和过渡态判据。热力学第二定律的引入,使热力学和流体动力学与流化床理论研究、耗散结构分支与系统运动形式的多样性、系统总体稳定与局部非稳定在理论描述上相统一。     

内能、热力学第一定律及功能原理

一、热力学第一定律在哪个参照系下成立?众所周知,非相对论情况下,热力学中封闭系的能量守恒定律是热力学第一定律(以下简称为热一律),它常取下述形式dU=dQ+dW (1)     

震荡宇宙的热力学性质

震荡宇宙暗能量的状态方程是ω(a)=-cos(bln a).我们证明,该模型没有粒子视界和事件视界,解决了一致性问题的困扰.无论物质项怎样演化,暗能量总能追踪上与之一致,且不需要精细调整,并且暗能量刚好可以反映整个宇宙的热力学状态.我们也发现表观视界是个非常好的全息屏,可以作为保持热力学性质的边界.作为一个热力学整体,当前相变下,震荡宇宙的演化情况非常好.在表观视界以内,宇宙处于热力学平衡状态,也就是说热力学第一定律和第二定律都满足,并且物质项不影响此平衡状态.     

浅议对“热寂论”的批判

本文对批判“热寂论”的基本论点提了疑问。认为热力学第二定律在未见事实反驳之前，有理由期望它适用于无限的宇宙；理想状态下得出的结论也应能反映实际过程的规律。至于指责“热寂论”违反能量守恒定律─—能量在质上消失了，实际上“批判”了热力学第二定律。     

热力学第一定律普遍的和限定的表达式

本文论述了热力学第一定律的普遍表达式和在一定条件下的限定表达式，并通过举例着重分析了不可逆过程中能量的转换情况，最后指出了在基础物理教学中引入非平衡热力学基本原理的必要性。     

热力学第零定律的证明

本文认为不依靠温度概念,对内能和热量进行测量是可能的.不依靠热力学第二定律,仅由第一定律就能证明温度函数的存在性和热力学第零定理.     

基于能量耗散的应力引起的土体各向异性模型

从热力学定律出发,介绍了土体受力变形过程中能量耗散函数的合理表达形式,据此导出耗散应力空间中的屈服函数及流动法则.分析迁移应力,确定了真实应力空间中的屈服函数,并采用旋转硬化规律考虑应力引起的土体各向异性.这种模型以自由能函数和耗散函数为基础进行整体构造,自动满足热力学第二定律,不需要引入其他假定.提出了利用弹塑性本构模型计算三轴试验曲线的方法.采用遗传优化算法拟合了某土料三轴排水剪切试验结果,确定了模型参数.用得到的模型参数计算绘出其他固结应力下三轴排水剪切曲线,并与实测曲线比较,验证了模型的有效性.     

物理化学中的重要状态函数—熵

热力学第二定律揭示了自然界所发生的一切实际过程的共同特点：它们都是热力学上的不可逆过程,但克劳修斯、开尔文等人对热力学第二定律的表述都只是定性的表述,不能定量说明过程发生的可能性及实际发生过程的不可逆程度。1865年克劳修斯引人了媳的概念,这一引入对热力学理论及生产技术的发展都起了重大作用。熵是热力学系统的基本状态函数,由它导出了第二定律的数学表达式,形成了对两状态间过程发生可能性的定量判据;在引入熵的基础上导出的赫氏自由能与吉氏自由能使我们能用其定量判断过程的自发方向及限度。内能U与嫡S是热力学中…     

体积功的计算与热力学第一定律

体积功是由于系统膨胀或者压缩,系统与环境之间传递的能量。在不可逆过程中,系统的压力和环境的压力不相等,但是热力学中规定体积功要根据环境的压力来计算。根据系统内部动能向热力学能转化,阐明了根据环境的压力计算体积功与热力学第一定律的一致性。     

卡诺定理的两个例证

卡诺（SadiCarnot）定理是由热力学第一定理和热力学第二定律证明了的正确理论。本文以服从方程P（v－b）＝RT的气体和服从方程的气体作为理想可逆卡诺热机的工作物质，证明其卡诺循环的效率均为，从而使之成为卡诺定理的例证。本文可作为《热学》教材的补充或参考，以利于学生加深（特别是本校学生）对卡诺定理的理解。     

关于黑洞热力学第0定律

分析了JDBekentein黑洞热力学第0定律的基本矛盾.根据热力学中第0定律的本质含义,Bekentein黑洞热力学第0定律中引入的温度并不具有通常意义下的热平衡传递性.因此Bekentein黑洞热力学第0定律并不满足一般热力学第0定律的基本要求.若把引力场对时空弯曲的因素考虑在内,则在黑洞视界内可以形式地引入一个能在视界内保持“热平衡传递性”的温度,即视界温度.然而这个温度不是任意的,而是受动力学参量——视界引力加速κ 完全控制的温度.因此黑洞热力学中温度的传递性不仅局限于黑洞视界面上,而且还只能对由κ 所决定的视界温度才具有热平衡的传递性.即使这样,由于纯引力场能量是负定的,因此由视界引力加速度κ 决定的温度也必然是负定的,而不可能是正定的.     

6V150柴油机热力循环的热力学分析

研究6V150柴油机有效能量利用情况,采用了发动机性能仿真软件与热力学分析相结合的方法.使用仿真软件BOOST建立了柴油机的仿真模型,并用实验所得数据和发动机的基本特性定义仿真模型的初始值,得出热力学分析所需要的数据;对柴油机的各个组成部分抽象为控制体进行热力学第一定律、第二定律计算,得出柴油机工作过程的损失分布规律,进而从热力学第二定律的角度提出改善柴油机能量利用的方向.     

生态平衡及其热力学判据

本文运用Ⅰ.Progogine的耗散结构理论探讨了生态平衡的热力学本质是生态系的稳定有序结构。并指出生物系统在经历不可逆过程中,生态系统平衡的条件是生态系统的熵变总不大于零,即dS≤0.我们建议把这个结论称为生态平衡条件下生态系统的热力学定律,以推动生态系统的热力学理论。     

熵概念的引出

人们在长期的实践活动中总结出了热力学三个基本定律 ,这三个基本定律广泛地应用于许多自然科学领域。熵是热力学第二定律的核心 ,也是教学中的难点重点 ,对熵如果不能正确理解与掌握是根本上无法利用热力学第二定律解决相关实际问题。在教材中利用卡诺循环与卡诺定理导出熵往往要利用繁锁的数学推导 ,下面介绍一种数学推导少而且简单、概念明确的方法。1　热力学第二定律热力学第二定律是人类长期实践活动经验的总结 ,它在理论上的发展提供了判断过程自发方向和限度的普通标准。自然界一切实际发生的过程都是有一定的方向和限度 ,当然不同…     

预防变胖的饮食策略

正大多数人都知道,肥胖是一个能量平衡的问题。如果一个人摄入的能量超过实际消耗的能量,根据热力学定律,这部分多余的能量必然要有个去处,通常是储存到脂肪中。然而,尽管能量摄入和能量支出的不匹配对于理解肥胖现象至关重要,但这一点还不足以解释肥胖症到底是如何发生     

地球-大气-海洋系统熵收支的估算

地球-大气-海洋系统的能量收支遵循热力学第一定律(能量守恒定律),是守恒的;而系统的熵收支却遵循热力学第二定律(熵增加原理),是不守恒的. 文中给出并讨论了地球-大气-海洋系统的熵平衡方程并根据新近的全球多年平均的能量收支和海-气界面通量气候资料,重新对地球、大气和海洋系统界面上的年平均熵收支作出估计,以期为进一步研究系统内部不可逆过程导致的熵产生及其局域熵的时-空变化提供一个定量依据.