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一代天骄波尔兹曼(Boltzmann)与统计物理(2)

已有 5519 次阅读 2013-7-24 01:55 |个人分类:科学史故事|系统分类:科普集锦| 统计

上文开始说热力学第二定律的来源。这件事,一般教科书里不讲。常是说有第二定律,是基本原理。而永动机不可能存在,是因为违反第二定律。大家都这样重复,自然有其道理。可形成一个简略的以基本原理为起点的平衡态热力学逻辑体系。但不无反对者,有兴趣可见Lieb 热力学体系

那传统的热力学逻辑体系,美则美矣,简则简矣,就是颠倒了历史演变逻辑和认识论逻辑,让人丈二和尚摸不到头脑,有如面对天上掉下来的一个大馅饼。自然有人会想下次保不定是馒头。君不见多少有识之士,忐忑而自豪地宣布,接到的不是馅饼吗?见123。。。又挑起多少回合不分胜败的混战。

闲话少说。回顾一下此定律的历史来源,总有好处。有助于理解(无论同意与否)为何爱顶盾(Arthur Eddington)推举它为物理学王国皇冠上的那颗独一无二的明珠。

第二定律的发现苦历七十年,分四大步。第一步,就是老卡诺的永动机不存在的预言。第二步,是小卡诺的热机。本文要说的是第三步。 

话说小卡诺1824年忽发奇想,想出个天使般的理想热机来。法国工程界以为吃饱了撑的。塞纳无言西下英吉利海峡,日月如梭,眨眼到了1848年。海峡对岸的汤姆孙(William Thomson)一日无事,闲坐Kelvin河边,想起焦耳(Joule)不遗余力地想把天使热机送上断头台的苦心,甚不以为然。灵机一动,将两个热机串联起来,构成了另一个热机,信手拈来羽毛笔,三下五除二,几行等式推演下来,叫道有了。卡诺热机不会断头,其效率就等于 $1-T_2/T_1$ ,其中 $T_1$ 是热机高温热源的温度, $T_2$ 温热源的温度。绝对温度 $T$ 见了天日。那几行推演到处可见,有心者可看温度的故事

从第一步到这第三步,就几行简单的不能再简单的数学推演,不比1+1=2更复杂。  $1-T_2/T_1$ 就象躺在和尚头上的肥头大耳虱子。只要永动机不存在,就能算出这个极限效率,就有这个绝对温度。卡诺何等人杰! 非天人不可!

此后几年,汤姆孙焦耳两员英伦大帅,面和心不合,用心于两件大事。其一是热量到底是什么东西。其二是机械能量消失变成热量后到底跑到哪里去了。说来说去就得出宇宙死寂的命运。又请出上帝来救驾。

 下次聊第四步吧。

 

此前应读

一代天骄波尔兹曼(Boltzmann)与统计物理(1)

 



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