热力学第二定律

热力学第二定律说,当能量从一种形式变为另一种形式,或物质自由运动时,封闭系统中的熵(无序)会增加。

温度、压力和密度的差异在一段时间后趋于水平均匀。由于重力的作用,密度和压力在垂直方向上是不均匀的。底部的密度和压力会比顶部的多。

熵是衡量物质和能量向它们所能接触到的任何地方扩散的一个尺度。

热力学第二定律最常见的措辞基本上是由于鲁道夫-克劳修斯

换句话说,所有的东西都试图在一段时间内保持相同的温度。

关于第二定律的说法有很多,它们使用的术语不同,但意思都是一样的。克劳修斯的另一个说法是:

热量本身不能从较冷的体质传递到较热的体质。

开尔文勋爵的同等说法是:

一个转化,其唯一的最终结果是将在恒温下从一个源头提取的热量转化为工作,是不可能的。

第二定律只适用于大型系统。第二定律是关于一个系统的可能行为,在这个系统中,没有能量或物质进入或离开。系统越大,第二定律越有可能是真的。

热泵汽压制冷循环的简单造型图:1)冷凝器,2)膨胀阀,3)蒸发器,4)压缩机。Zoom
热泵汽压制冷循环的简单造型图:1)冷凝器,2)膨胀阀,3)蒸发器,4)压缩机。

概述

从一般意义上讲,第二定律说,相互接触的系统之间的温差趋于平衡,从这些非平衡差中可以得到,但会发生热能的损失,此时做功,熵增加。在一个孤立的系统中,如果有机会,压力、密度和温度差都会趋于平衡;密度和压力,但温度不受重力的影响。热机是利用两个体的温差提供有用功的机械设备。

报价

熵总是增加的法则,在自然法则中占有至高无上的地位,我认为。如果有人向你指出,你的宠物宇宙理论与麦克斯韦方程不一致--那么,麦克斯韦方程就更糟糕了。如果发现它与观测相矛盾--好吧,这些实验者有时确实会弄巧成拙。但如果发现你的理论违背了热力学第二定律,我就不能给你任何希望了;除了在最深的羞辱中崩溃之外,它什么也做不了。

-- -- 阿瑟-斯坦利-爱丁顿先生,《物理世界的性质》(1927年)。

热力学第二定律表达了孤立系统中熵增加的趋势 -- -- 也许是人类所有思想中最悲观和不道德的表述。

-- -- Greg Hill和Kerry Thornley, Principia Discordia (1965年)

对第二定律的表述几乎和对它的讨论一样多。

 

杂项

  • 弗兰德和斯旺将热力学第二定律的陈述配上音乐,称为"第一和第二定律"
  • 经济学家尼古拉斯-乔治斯库-罗根(Nicholas Georgescu-Roegen)表明了熵定律在经济学领域的意义(见其著作《熵定律与经济过程》(1971),哈佛大学出版社)。

问题和答案

问:什么是热力学第二定律?
答:热力学第二定律指出,当能量从一种形式变为另一种形式,或物质自由移动时,封闭系统中的熵(无序)会增加。

问:什么东西会随着时间的推移而趋于水平均衡?
答:温度、压力和密度的差异在一段时间后往往会在水平方向上达到平衡。

问:为什么密度和压力在垂直方向上不平衡?
答:由于重力的作用,密度和压力在垂直方向上并不均衡。底部的密度和压力会比顶部的大。

问:什么是熵?
答:熵是衡量物质和能量向它们所能接触到的地方扩散的程度。

问:热力学第二定律最常见的措辞是什么?
答:热力学第二定律最常见的措辞基本上是由鲁道夫-克劳修斯提出的:一切都试图在一段时间内保持相同的温度。

问:克劳修斯关于热力学第二定律的另一个说法是什么?
答:克劳修斯的另一个说法是:热量本身不能从一个较冷的物体传到一个较热的物体。

问:热力学第二定律适用于什么样的系统?
答:热力学第二定律只适用于大型系统,没有能量或物质进入或流出。系统越大,第二定律就越有可能成立。

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