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《热力学与统计物理》第一课,谢同学就热力学第零定律提出一个问题。
对热力学第零定律可以做如下分析
也就是,热力学第零定律可以给出
$ {{g}_{A}}({{p}_{A}},{{V}_{A}})={{g}_{B}}({{p}_{B}},{{V}_{B}}) $ (1)
同理可以给出
$ {{g}_{A}}({{p}_{A}},{{V}_{A}})={{g}_{C}}({{p}_{C}},{{V}_{C}}) $ (2)
谢同学提出,没有道理认为(1)和(2)中的 $ {{g}_{A}}({{p}_{A}},{{V}_{A}}) $ 一样!
回答:这的确是一个问题!
实际上,(1)和(2)都是说存在许多状态函数(state function),而这些状态函数中,只有一个或者一类可以称之为物态方程(equation of state),可以用来定义作为温度的定义。换言之,热力学第零定律,不仅能定义温度,同时假设了存在物态方程,形式上就是
$ {{g}_{A}}({{p}_{A}},{{V}_{A}})={{g}_{B}}({{p}_{B}},{{V}_{B}}) ={{g}_{C}}({{p}_{C}},{{V}_{C}})=T $ (3)
必须指出,热力学第零定律有缺陷。热力学第零定律定义的温度和物态有关,至少温度的刻画即温标的选取依赖于具体物质的物性,例如理想气体温标、理想顺磁性材料温标、等等,推不出绝对温度是否存在。
存在绝对温度,这一证明需要用到热力学第二定律。
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GMT+8, 2024-11-19 16:34
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