直觀的感覺(jué)一下這些現(xiàn)象。 熱量無(wú)法自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體,注意是自發(fā)的,非自發(fā)是完全可以實(shí)現(xiàn)得,空調(diào)就是干這個(gè)反自然的事的;將純酒精假如水中,會(huì)自發(fā)的變成酒精溶液,但酒精溶液無(wú)法自發(fā)地分離為純的酒精和水;氫氣和氧氣可反應(yīng)生成水,但水無(wú)法自發(fā)地分解為氫氣和氧氣;雜亂的房間無(wú)法自發(fā)地變整潔;返老還童只存在于玄幻中。 所有這些現(xiàn)象說(shuō)明這樣一個(gè)事實(shí),涉及內(nèi)能的能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移有關(guān)的自然界宏觀現(xiàn)象,都是不可逆的,具有方向性的。雖然這些現(xiàn)象不違背能量守恒定律,能發(fā)生的現(xiàn)象是多種自然規(guī)律的體現(xiàn),當(dāng)然,首先需承認(rèn)自然規(guī)律的客觀實(shí)在性,這也是之所以研究自然科學(xué)的最充分的理由。不如此,所謂的研究就變得幾乎毫無(wú)價(jià)值。通俗一點(diǎn)表述,就是與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過(guò)程都是不可逆的。這也就是熱力學(xué)第二定律所要闡述的思想。 無(wú)方程的熱力學(xué)第二定律有兩種否定表述,咋聽(tīng)都不大像人話,不知是翻譯的原因,還是原著作者的語(yǔ)言功底,或者是定律確實(shí)難以理解,表述相對(duì)拗口。 熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述,德國(guó)物理學(xué)家克勞修斯在1850年提出:熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。這是熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述。 這個(gè)表述的重點(diǎn)不是說(shuō)熱量不能從低溫物體傳到高溫物體,而是不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。熱量從低溫傳到高溫是事實(shí),空調(diào)就是辦這個(gè)事的一種設(shè)備,但那不是自發(fā)地,需要壓縮機(jī)消耗電能來(lái)做功。 若將空調(diào)全部設(shè)備都放在一個(gè)與外界不進(jìn)行熱交換的房間里,空調(diào)工作起來(lái)后相當(dāng)于一個(gè)熱源,起得效果是一個(gè)電爐的效果。實(shí)際中,空調(diào)的壓縮機(jī)是裝于外邊的,向外排出的熱量要比從房間里取走的熱量多。 冰箱和空調(diào)的工作原理一樣,一臺(tái)開(kāi)著門的冰箱是無(wú)法制冷的。 開(kāi)爾文在分析了熱機(jī)及其他涉及做功的熱學(xué)過(guò)程后,于1851年提出了熱力學(xué)第二定律的另一種表述:不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量,使之完全變成功,而不產(chǎn)生其他影響。這個(gè)表述可能就有點(diǎn)搞不懂說(shuō)什么了。 結(jié)合實(shí)際了解一下,傳統(tǒng)汽車的核心部件就是內(nèi)燃機(jī),排氣筒是不是僅僅用來(lái)排出廢氣呢?若稍微有點(diǎn)常識(shí),就知道排氣筒的廢氣溫度還是挺高的,那可是燒油(燒錢)的結(jié)果呀,為何就不把排出的這部分內(nèi)能也轉(zhuǎn)化成汽車的動(dòng)能呢? 這個(gè)表述反映了機(jī)械能和內(nèi)能的自發(fā)轉(zhuǎn)化方向,機(jī)械能可以自發(fā)的全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,但內(nèi)能不可能自發(fā)的全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。 內(nèi)能若可以自發(fā)的全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,就可以制造這么一臺(tái)機(jī)器,使其從氣溫?zé)嵩次諢崃?,全部用?lái)做功,通過(guò)做功轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,而機(jī)械能又可以自發(fā)地全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。通過(guò)這么一臺(tái)設(shè)備,就實(shí)現(xiàn)了熱量自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體這一克勞修斯表述無(wú)法實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。從這個(gè)事例中可以得出,兩種熱力學(xué)第二定律的表述是等價(jià)的。 能源危機(jī)的實(shí)質(zhì)是能量的轉(zhuǎn)化方式造成的,與能量守恒定律不矛盾。各種能源的消耗,最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。而散失到空間的內(nèi)能,難以再收集起來(lái)做功。 熵增定律:一個(gè)孤立系統(tǒng),由熱力學(xué)第二定律可以得出,熵是一直增加的。熵是描述系統(tǒng)混亂程度的物理量,越混亂熵越大。一個(gè)孤立的放有兩種不反應(yīng)的氣體系統(tǒng),因?yàn)闅怏w分子的熱運(yùn)動(dòng),兩種氣體會(huì)混合得越來(lái)越均勻,從混亂程度來(lái)說(shuō),就是越來(lái)越混亂,熵不斷增大。 開(kāi)放系統(tǒng)的熵是可以增加的,比如對(duì)于雜亂的房間來(lái)說(shuō),外界的人通過(guò)自己的勞動(dòng),將房屋打掃干凈、物品擺放整潔,對(duì)房間來(lái)說(shuō)是一個(gè)熵減過(guò)程,但從更大的范圍來(lái)看,人打掃房間就需要做功,做功就需要進(jìn)食,全盤考慮,整個(gè)大系統(tǒng)的熵還是增大了。 熱力學(xué)第二定律對(duì)宏觀系統(tǒng)熵變的一個(gè)結(jié)論:局部熵減的代價(jià)是更大系統(tǒng)范圍內(nèi)的熵增。 積極的人生就是一個(gè)一直維持熵減的過(guò)程,這是一個(gè)看上去逆熱力學(xué)第二定律的行為,這也就是自律可貴的原因。 |
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