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勇敢地学习、使用克劳修斯“正、负方向补偿原理”

已有 5822 次阅读 2010-12-7 08:05 |个人分类:现代热力学|系统分类:科普集锦| 热力学第二定律, 克劳修斯, 热力学耦合, 开尔文, 熵增原理

 
假定现在我们已经知道早在1865年克劳修斯的热力学第二定律表述(黑字是本博主的注)
 
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, 而不需要补偿地由它们自己进行(指只有正方向自发过程的简单体系); 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(指正、负方向自发过程和非自发过程互相补偿的复杂体系).”
 
克劳修斯的补偿现在常被称为热力学耦合。如今,“1865年克劳修斯的热力学第二定律表述的数学表达式可以写成:
 
经典热力学第二定律的判据是:diS1 = diS >= 0. 体系的熵产生diS等于内部自发过程熵产生diS1(对只有自发过程的简单非耦合体系)
现代热力学第二定律的判据是:diS1 > 0, diS2 < 0 & diS >= 0. 其中体系的熵产生diS等于内部自发过程熵产生diS1和非自发过程熵产生diS2之和, diS = (diS1 + diS2). (对同时包含自发过程和非自发过程的复杂耦合体系)
 
针对不熟悉熵产生的,可以翻译成相应的等温等压条件下的形式
 
经典热力学第二定律的判据是:(dG1)T,p = (dG)T,p <= 0.(对只有自发过程的简单非耦合体系)
现代热力学第二定律的判据是:(dG1)T,p < 0, (dG2)T,p > 0 & (dG)T,p <= 0. 其中体系的吉布斯自由能变化(dG)T,p等于内部自发过程吉布斯自由能变化(dG1)T,p和非自发过程吉布斯自由能变化(dG1)T,p之和,(dG)T,p= [(dG1)T,p+(dG2)T,p].(对同时包含自发和非自发过程的复杂耦合体系)
 
在我们已经了解这一切的情况下,还犹豫什么!
 
勇敢地学习、使用克劳修斯“正、负方向补偿原理”!
 
第一例:非常肯定地说:把熵增原理等同于热力学第二定律一定是错误的,
 
熵增原理 ≠ 热力学第二定律
 
第二例:通常所说的“物理过程”,如:1850年克劳修斯的表述:“不可能把热从低温物体传到高温物体而不引起其他变化”,或1851年开尔文的表述:“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”。都是指克劳修斯的“正方向”,diS1 = diS >= 0(只有自发过程的简单非耦合体系)完全符合(1850年克劳修斯的和1851年开尔文的)热力学第二定律!而地球上的“生物进化”、“社会发展”或“技术进步”都是克劳修斯的“负方向”,diS2 < 0非自发过程,那么什么是克劳修斯“正方向”的“补偿”呢?答案非常明确:就是阳光的退化,diS1 > 0自发过程;体系就是[阳光普照的地球村]。这就是一个同时包含自发过程和非自发过程的复杂耦合体系,因此该体系的熵产生 diS = (diS1 + diS2)>=0。完全符合(1865年克劳修斯的)热力学第二定律!
 
注意:1. 对开放体系完全不能使用熵增原理!2. 对开放体系完全不能使用“负熵”等错误术语作为热力学的判据!3. 正熵产生是任何体系的普适热力学判据,但是不能用于复杂体系的单个内部过程!
 
结论:1850年克劳修斯的表述或1851年开尔文的表述(它们是等价的),和1865年克劳修斯的表述都是热力学第二定律的组成部分!后者和前二者之间是不等价的,而是互补的!
克劳修斯“正、负方向补偿”原理可简称为(克劳修斯)“补偿”原理,或“热力学耦合”原理!
 


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1 杨华磊

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