现代热力学--“伤心”的熱二律

 

 

热力学是科学的核心内容，热二律是热力学的核心内容， 而“熵”又是热二律的核心内容。现在“热二律”和“熵”理论越来越成为人们讨论的焦点。这是大好事。这充分暴露了100多年经典热力学的 “伤心”局面应该加以扭转了。

 1.      热力学适用于任何宏观体系

热力学学科的文字描述(或定义), 即: “热力学是研究能量及其转换的科学, 也是研究由大量粒子(或单元)组成宏观体系变化和发展的科学.” 因此田松老师：“热二律是否可以用于非孤立系？”的问题不存在。

 

2.      “熵”理论要采用“正熵产生原理”

正熵产生原理是普适于任何宏观体系，即任何负熵产生体系不存在。所谓的“负熵产生体系”就是第二类永动机。任何体系的 “熵产生”就是 “耗散”（不要直接讲能量耗散，因为量纲不同），体系的熵产生和温度的乘积就是等温等压吉布斯自由能耗散的定量计算数学表达式（量纲相同）。请田松老师不要使用过去经典的“熵增原理”，这样“热二律是否可以用于非孤立系？”的问题就根本不存在。

 

3.      热二律：负耗散体系不存在

热力学第二定律就是任何负耗散体系不存在，所谓的“负耗散体系”就是第二类永动机。这样一句话就可以把以下的各种表述都概括起来。

 

克劳修斯的第一种表述：“不可能把热从低温传到高温物体，而不引起其它变化。”

开尔文的第一种表述：“不可能从单一热源取出热使之完全变为功，而不引起其它变化。”

开尔文的第二种表述：“第二类永动机是不可能得到的。”

克劳修斯的第二种表述：“第二基础原理，在我所给出的形式中，断定所有在自然界中的转变可以按一定的方向， 就是我已经假定是正的方向， 不需要补偿地由它们自己进行；但是对相反的方向，就是负的方向，它们就只可能在同时发生的正转变的补偿下进行。” (这是我从原著中找来的)

 

过去教科书喜欢强调 “克劳修斯的第一种表述”和 “开尔文的第一种表述”是等价的, 并以此说明它们的全面性，其实恰恰它们是片面的，仅仅适用于简单体系。

 

4.      扩展卡诺原理是当前人类经验的总结

扩展卡诺原理: 非耗散的能量转换一定是能量转换效率最高的. “可逆”不是能量转换效率最高的必要条件, “非耗散”才是能量转换效率最高的充分必要条件,

 

5.      热力学定律非常可靠、是人类经验的总结

人类的大量日常宏观经验可以归纳为两句话： (1) 能量是守恒的。不生不灭，这就是热力学第一定律。 (2) 能量是耗散的。一旦转变成废热，就不能再被利用，一定是单向的，不可逆的，这就是热力学第二定律。没有人能够推翻它们。侯先生的 “热力学四大定律是否总是成立？”可能不是在讨论热力学（不包括“泛化”的热力学）。还要注意不要把“熵”的微观概率解说和“熵”概念本身混在一起。

 

6.      热力学的态函数

引入“内能”态函数为了表达内能守恒特性，一定是等式。引入“熵”态函数为了表达能量耗散特性，体系分为熵产生大于零（即耗散，不等式），或等于零（即非耗散，等式）两大类。态函数的变化和过程无关但是又一定是经由过程来定义和计算的。于是就用一个特殊的（可逆的）过程量来定义，这个特殊的“过程量”和任何实际可逆过程无关，就变成了状态量。任何不可逆过程的热温商积分不再是“熵”了，不要混淆起来。

 

以上的描述都可以说是“斩钉截铁”的，没有引入任何假定。但是葛素红老师您敢冒这个“风险”讲吗？我相信您敢根据需要讲一部分，这就是科学的发展！我相信：学生们有时就是我们老师们的最好“老师” 。

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