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本文拟探究热力学的自发性与逻辑学的必要条件的内在关联,供参考.
热力学的自发性
热力学自发性探讨的是热力学过程发生的一种可能性. 相同条件下,如果热力学过程自发,表示该过程可
能发生;如果热力学过程非自发,则表示该过程一定不能发生.
迄今为止,热力学过程的自发性仅类似一种经验推断,无法从理论上给出严格的证明.
1.1 热力学平衡态与准静态过程
经典热力学也称平衡态热力学,它将系统的状态规定为热力学平衡态,并将所有热力学过程均规定为准静
态过程.
1.1.1 热力学平衡态
热力学平衡态是指系统的热力学性质确定且单值(与时间及环境无关). 热力学平衡态必须同时满足热平
衡、力平衡、相平衡及化学平衡.
热平衡是指系统温度确定且单值,系统不同区域间不存在热量的交换.
力平衡是指系统压强单值且均匀,系统所处空间坐标不会发生变化.
相平衡是指系统各相组成及质量恒定,系统内部不发生宏观的相转移.
化学平衡是指系统内所有物质的物质的量及组成恒定,内部没有宏观的化学反应发生.
1.1.2 准静态过程
为方便获取热力学过程的功与热值,同时为了将数学微积分原理应用于热力学过程,平衡态热力学规定所
有的热力学过程均为准静态过程.
准静态过程是指系统在过程任意瞬间均无限小的偏离平衡,并随时可恢复平衡;客观要求准静态过程必须
推动力无限小(或热力学过程阻力为0);同时要求准静态过程必须无限缓慢,数学上连续、无间断、可积可
微.
对于热力学元熵过程[1]: δQ≡T·dS;δWV≡-p·dV.
备注:元熵过程是特殊类型的准静态过程.
需明确准静态过程是一种理想化过程,它要求热力学过程的阻力为0(推动力亦为0),客观并不存在.
由于真实热力学过程的阻力通常大于0, 因此A→B准静态过程发生,并不意味着A→B真实热力学过程就一
定会发生.
2.逻辑学的必要条件
必要条件是一种特殊类型的逻辑关系。它是指如果没有A,则必然没有B;如果有A,则未必一定有B,则A
称B的必要条件.
由上可知:热力学过程的自发性与逻辑学的必要条件内涵完全一致.
热力学过程自发,仅表明该过程可能真实发生;热力学过程非自发,则表明该热力学过程一定不可能真实
发生.
3. 结论
⑴ 由于真实热力学过程的阻力通常大于0, 因此A→B准静态过程发生,并不意味着A→B真实热力学过程就
一定会发生;
⑵热力学过程的自发性与逻辑学的必要条件内涵一致.
参考文献
[1]余高奇. 热力学第一定律研究.http://blog.sciencenet.cn/u/yugaoqi666.科学网博客,2021,8.
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