热力学第二定律的两种表述 热力学第二定律为什么可能有多种表述

  人教社2000年全日制高中教材《物理》(第二册)�P46说“热力学第二定律有多种表达”,这是为什么呢?本文进行讨论。�      1 从定律实质看�   
  大家知道,热力学第二定律的实质,在于指出一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。而大家也知道,自然界的各种不可逆过程都有是互相联系的,如热力学第二定律表达(定性)中,通常采用的克氏和开氏两种表达是完全等效的。又如,由气体自由膨胀的不可逆性可以导出功变热过程的不可逆,如此等等。原则上讲,任何一种不可逆的宏观热现象过程均可作为热力学第二定律的表述,因此热力学第二定律的表述可能有多种。�
  
  2 从定律的统计意义看�
  
  大家也知道,热力学第二律的统计意义为:一个不受外界影响的“孤立系统”,其内部发生的过程,总是由几率小的状态向几率大的状态进行,由包含微观状态数目少的宏观状态向包含微观状态数目多的宏观状态进行。而系统的一切热现象所含过程可能不止一种,而每一过程均满足上述条件,其中任一过程皆可用以判定过程进行的方向,而且可达到与热力学第二定律相同的结果,因此用作热力学第二定律的表述当然可能有多种。如一杯清水中滴入几滴温度不同的墨水,该系统用绝热材料包起来构成一绝热系统。由于分子运动,其中至少有三个过程:由于墨水粒子不均匀要产生扩散;分子间相互碰撞要作功;粒子间温度不同要产生热传导等。显然每个过程均可判定过程进行的方向。�
  由此可以看到:为什么热力学系统不可以只由少数粒子(分子、原子等)组成。�
  
  3 为什么热力学第二定律表述(定性)只用“克氏说法”和“开氏说法”两种?�
  
  根据上面的讨论,定律的表述可能会有很多种,但为什么通常看定律的表述(定性)只有“克氏说法”和“开氏说法”两种?应该怎样解释呢?因为在1850年克劳修斯最早在《物理学与化学年鉴》上发表了《论热的动力及由此推出的关于热本质定律》的文章,该文扬弃了热质说的错误,最先建立了热力学第二定律;W.汤姆逊(1892年被封为开尔文爵士后易名开尔文)于1851年连续在《爱丁堡皇家学会会刊》上发表了三篇文章,对热力学第二定律的研究比克劳修斯论述更明确,把对热力学第二定律的研究引向深入,因此科学界通用上述两人的表述作为热力学第二定律表述(定性)而不再利用其它不可逆过程作为热力学第二定律的定性表述,它并不是说热现象不可逆过程只有“克氏说法”和“开氏说法”两种。�
  �(栏目编辑罗琬华)

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