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否定卡诺定理和热二律的经验总结性质是错误的

已有 6242 次阅读 2010-5-9 16:45 |个人分类:现代热力学|系统分类:论文交流| 热力学第二定律, 卡诺定理, 经验总结, 卡诺

在当前的有些热力学教科书中确实存在一种“公理化推论”的倾向。它们的特点是不讲热力学的发展史,不提或很少介绍热力学基本定律是人类大量宏观经验总结得来的历史,然后把热力学基本定律以“公理化”的方式引入,再以所谓的“逻辑严格证明”的方式来得到卡诺定理等基本规律。甚至有人提出“我们讲的是现代物理学的卡诺定理,而不是你所说的历史上的‘卡诺定理’!”的错误论点。

众所周知,在热力学中只有一个“卡诺定理”,也就是卡诺在1824年提出的卡诺定理。正如王竹溪p.84所说:“历史上卡诺定理是热力学第二定律的出发点。 p.11说:“紧接着热力学第一定律的建立,开耳芬在1848年根据卡诺在1824年所发表的有名定理,制定绝对温标,克劳修斯在1850年根据同一定理建立热力学第二定律。 p.85说:“他(注:卡诺)是第一个指出,热机必须工作于两个温度之间,把热量从高温传到低温而作功,犹如水力机作功是由于水从高处流到低处的结果一样。”也指出p.84:“卡诺的这个证明是不正确的。”p.85:“卡诺定理不可能用热力学第一定律证明,它的证明需要一个新的原理。克劳修斯与开耳芬就是从这里得到他们关于热力学第二定律的说法的。”接着王竹溪就用开耳芬和克氏的说法来证明卡诺定理。这样的发展、推论和证明都是非常正常的。卡诺定理和热二律的紧密关系也清楚地显现。从来也没有因此把卡诺定理变成两个不同的卡诺定理。

康狄普特 (Dilip Kondepudi) 和普里高京合著 现代热力学—— 从热机到耗散结构”一书中也有这方面的介绍。书中引用卡诺的原话说p. 68:“每一个人都知道, 热能够产生运动. 在当今到处都知道蒸汽机时, 没有人会怀疑热拥有巨大的作功能力. 卡诺还是第一个指出p. 69:“什么地方有温度差, 什么地方就可以产生功.”,“得到最大功的必要条件是所用来实现热作功的物体不应该有非体积变化的温度变化. 反过来说, 时时刻刻都满足这一条件时最大功就得到了. 在建造热机时永远不能忽视这一原理, 这是最基本的依据. 如果不能严格地做到, 那就要尽可能少地偏离它. p. 71热量作功的能力和用来实现作功的介质无关, 而仅仅取决于最终实现热素转移的物体温度.”显然卡诺是这一领域如此系统总结人类当时经验的第一人。卡诺定理是热力学第二定律的出发点并具有紧密的关系,这是根本无法否认的。

傅献彩(第四版)一书中同样非常强调指出p. 13热力学第一定律和热力学第二定律是热力学的主要基础,是人类经验的总结,有着牢固的实验基础”。p. 15热力学第一定律和热力学第二定律都是大量实验事实的总结,非常可靠。”等等

从热力学第二定律出发推导出卡诺定理是完全正确的,为卡诺定理提供了更有力的理论基础。回避这段热力学发展史的教育是不利于创新型人才的培养。可以说,卡诺定理和热力学第二定律的关系是你中有我,我中有你,紧密相连,不能否定其中任何一个是人类经验总结,而否定卡诺定理和热力学第二定律的人类经验总结的根本性质则是错误的。

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