以熱力學定律的名義

2021-01-08 騰訊網

  上世紀50年代,一個名叫C·P·斯諾的英國科學家和小說家出版了一本著名的書《兩種文化》,指出科學與人文學在現代社會中被割裂成兩種無法交流的文化,而這成了解決世界問題的主要障礙。這本名著國內先後出過3個譯本,但這3個譯本譯者的英文水平都讓人不敢恭維。比如書中有一段後來經常被引用的話,是用並不複雜的英文寫的,3個譯本卻都譯錯了。這段話說的是:

  「我曾經多次參加過一些聚會,與會者根據傳統文化的標準都被認為受過良好的教育,並且他們一直興致勃勃地對科學家沒有文化修養的現象表示難以置信。有那麼一兩次,我被激怒了,問與會者他們當中有多少人能夠描述熱力學第二定律。他們的反應很冷淡,回答也是否定的。然而,我所問的問題,在科學領域其程度相當於問:你們讀過一本莎士比亞著作嗎?」

  然而時代畢竟不同了。在現在,如果再向人文學者問同一個問題,有許多人不僅會向你描述一番他們理解的熱力學第二定律,而且還會自以為比物理學家更懂這一定律,甚至興致勃勃要用它來處理科學問題或社會問題呢。熱力學第二定律和哥德爾不完備定理、測不準原理和光的波粒二相性一起,成了人文學者最喜歡引用的四大「科學原理」。

  但是高中物理並不介紹熱力學第二定律,許多經常把這一定律掛在嘴上的人,實際上並不理解它講的是什麼。熱力學第二定律通常有三種表達方式:一、熱不可能自發地、不以消耗功為代價地從低溫物體傳到高溫物體;二、任何熱力循環發動機不可能將所接受的熱量全部轉變為機械功;三、在孤立系統內實際發生的過程中,總是使整個系統的熵的數值增大。

  前兩種表述聽上去過於「機械」,人們最愛引用的是第三種表述,也稱為「孤立系統熵增原理」。熵可以被通俗地定義為混亂度,所以第三種說法可以通俗地表達為:在孤立系統,混亂程度總是變大,或者說,由組織至分解,由複雜變簡單,由秩序至混亂。由於進化論認為簡單的生物能夠自發進化成複雜的生物,神創論者因此根據熱力學第二定律的通俗說法,斷言進化論違背這一定律。

  神創論者的引用完全無視其前提:孤立系統。所謂孤立系統,是指與外界不發生相互作用,即與外界無熱量、功和物質交換的熱力學系統。地球不是一個孤立系統,它與外界有能量交換:吸收太陽能和散發熱量;又有物質交換:隕石墜落;所以它是一個開放系統。在開放系統中,熵可增可減,可以由簡單變複雜,無序變有序。實際上,即使是在一個孤立系統中,也有可能在全體熵值變大的同時,局部的熵值減小。

  在自然界中,「自發」由簡單變複雜,無序變有序的現象屢見不鮮。所有的生命現象(比如雞蛋變成小雞、小雞變成大雞)都是這種「違背」熱力學第二定律的現象。即使是非生命現象,這種現象也不少,雪花、沙丘、晶體、旋風、石鐘乳的形成,都是大家熟悉的例子。

  「熵」的崇拜者並不僅限於宗教信徒。美國有一位學文科出身的社會活動家裡夫金在1980年出版《熵:一種新的世界觀》,原著在美國已絕版,在裡夫金現在的簡介中甚至不好意思把這本書列入。但是正所謂牆裡開花牆外香,這本書自從1987年被譯介到中國來,其聲名在中國就長盛不衰,它對熱力學第二定律的歪曲性介紹作為課文被選入高中《語文》去誤導沒能在物理課上學到這一定律的中學生。近來國內一位哲學系教師出版一本「環保」著作《未來的世界是垃圾做的嗎》,也是根據「裡夫金對熱力學第二定律的表述」演繹而成。

  這位作者聲稱,地球的命運就是成為一個大垃圾堆,科學技術的進步不僅不能解決垃圾問題,反而只是加速這個世界末日的到來。「即使能源危機能夠解決,垃圾問題仍然無法解決。因為輸入越強大的能量,會產生越多的垃圾。」「按照《熵》的作者裡夫金對熱力學第二定律的表述:能量總是從能用的變成不能用的,物質總是從可用的變成不可用的。在全球化的物資和能量轉化鏈中,低熵狀態的原始森林、礦藏、天然水體,最終必然變成高熵狀態的垃圾場。垃圾,是一切物資和能量無可逃脫的宿命。」「對此,大部分人仍然樂觀:等到將來,科學發展了,這些填埋的垃圾還是可以再回收利用的。然而,這個幻想違背了熱力學第二定律。」

  問題是,物理學上並不存在裡夫金表述的那個「熱力學第二定律」。那是沒有學過普通物理學的裡夫金杜撰出來的,和神創論者一樣,是對熱力學第二定律的第三種表述「孤立系統熵增原理」的歪曲。如前所述,地球並不是一個孤立系統,而是一個開放系統,從外界(太陽)吸取了大量的能量。而只要有外界能量的輸入,就可以使整個系統的熵值減小,讓垃圾轉變成可用的物質。所謂「輸入越強大的能量,會產生越多的垃圾」的說法,不僅不是依據熱力學第二定律得出的,而且是從根本上違背這一定律的。

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    二、熱力學第二定律在物理學中,反映宏觀自然過程的方向性的定律是熱力學第二定律。3.與熱力學第一定律的區別物質的狀態與溫度直接有關熱力學第一定律和熱力學第二定律是構成熱力學知識的理論基礎。熱力學第一定律是跟熱現象有關的物理過程中能量守恆定律的特殊表達形式,它說明功、熱量與內能改變之間的定量關係。指出在任何熱力學過程中能量不會有任何增加或損失。熱力學第二定律指出了能量轉化與守恆能否實現的條件和過程進行的方向,它說明一切與熱現象有關的實際宏觀過程是不可逆的。
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    2.熱力學第一定律(1)內容:一個熱力學系統的內能增量等於外界向它傳遞的熱量與外界對它所做的功的和。(2)表達式:ΔU=Q+W。2.條件性能量守恆定律是自然界的普遍規律,某一種形式的能是否守恆是有條件的。3.第一類永動機是不可能製成的,它違背了能量守恆定律。知識點三、熱力學第二定律1.熱力學第二定律的兩種表述(1)克勞修斯表述:熱量不能自發地從低溫物體傳到高溫物體。
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    熱力學第一定律(能量守恆定律)>熱力學第一定律的內容就是能量守恆定律,其文字敘述如下:自然界一切物質都具有能量,能量有不同的表現形式,可以從一種形式轉化為另一種形式,也可以從一個物體傳遞給另一個物體,在轉化和傳遞過程中能量的總和不變。
  • 熱力學第二定律
    ②原因:違背了熱力學第二定律,但沒有違背能量守恆定律4.熱力學第二定律①兩種表述:Ⅰ.不可能使熱量從低溫物體傳遞到高溫物體,而不引起其他變化.,下列說法正確的是A.熱力學第二定律是通過實驗總結出來的實驗定律B.熱力學第二定律是通過大量自然現象的不可逆性總結出來的經驗定律C.熱力學第二定律是物理學家從理論推導得出來的結果D.由於熱力學第二定律沒有理論和實驗的依據
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    1.熱力學第一定律(1)改變物體內能的兩種方式① 做功 ② 熱傳遞(2)熱力學第一定律①內容:一個熱力學系統的內能增量等於外界向它傳遞的熱量與外界對它所做的功②表達式:對熱力學第一定律的理解(1)熱力學第一定律不僅反映了做功和熱傳遞這兩種改變內能的過程是等效的,而且給出了內能的變化量和做功與熱傳遞之間的定量關係。此定律是標量式,應用時功、內能、熱量的單位應統一為國際單位焦耳。
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  • 第四節 熱力學第二定律
    (2)熱力學第二定律的兩種表述的理解.【解析】由熱力學第二定律的開爾文表述可知A對.熱機效率總低於100%,B錯.滿足能量守恆的過程未必能自發進行,任何過程一定滿足熱力學第二定律,C錯.由熱力學第一定律ΔU=W+Q可知,W>0,ΔU不一定大於0,即內能不一定增加,D錯.
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    熱力學第三定律通常表述為絕對零度時,所有純物質的完美晶體的熵值為零, 或者絕對零度(T=0)不可達到。第一定律熱力學第一定律也就是能量守恆定律。△第二類永動機效率為100%,雖然它不違反能量守恆定律,但大量事實證明,在任何情況下,熱機都不可能只有一個熱源,熱機要不斷地把吸取的熱量變成有用的功,就不可避免地將一部分熱量傳給低溫物體,因此效率不會達到100%。第二類永動機違反了熱力學第二定律。
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    課程:熱學主題:熱力學第一定律1 準靜態過程熱力學過程,簡稱過程,是指系統從一個狀態變化到另一個狀態。3 熱力學第一定律3.1 內能內能是系統內部所有微觀粒子的微觀的無序運動能以及總的相互作用勢能兩者之和。實驗表明:系統在同一初態變為同一末態的絕熱過程中,外界對系統做的功是一個恆量。
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    熱力學第二定律的實質就是:熱量只能自發地從高溫向低溫順向流動,而從來不反流。如果發現了熱量「反流」的事實,熱力學第二定律的實質就被突破了。其實,客觀上存在許多熱力學第二定律的反例:1 .顯然這是違反熱力學第二定律的實例。2 . 用暖水瓶電熱器將暖水瓶中的水燒開,關掉電源後,將電熱器從暖水瓶中取出,,並在冷水中冷卻, 手握的絕緣柄端並不跟著冷卻,反而越來越熱,這又是冷把熱從冷端驅趕至熱端. 顯然這又是一個違反熱力學第二定律的實例。3.
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    扯遠了,還是繼續說第零定律。第零定律是說如果兩個熱力學系統都和第三個熱力學系統平衡,那麼這兩個熱力學系統也平衡,這就是一句大白話是吧,確實是,熱力學定律都是大白話。可是為什麼叫第零定律,而不叫第四定律,因為這一定律比其他三個定律更基礎,可它提出的又晚,只能叫第零定律了,要是它提出的早,其餘三個就依次後推了。
  • 高中物理:熱力學三大定律總結
    熱力學第一定律是能量守恆定律。 熱力學第二定律有幾種表述方式: 克勞修斯表述為熱量可以自發地從溫度高的物體傳遞到溫度低的物體,但不可能自發地從溫度低的物體傳遞到溫度高的物體;開爾文-普朗克表述為不可能從單一熱源吸取熱量,並將這熱量完全變為功,而不產生其他影響。以及熵增表述:孤立系統的熵永不減小。