热力学第二定律习题

热力学第二定律习题

爱因斯坦曾经如此赞美热力学第二定律的普适性：“一个理论的假设越简单，它所涵盖的事物范围越广泛，它所运用的领域越宽广，该理论就越令人印象深刻。经典热力学定律就给我以如此深刻的印象。我坚信，就其内容的普适性而言，热力学定律是唯一最具普适性的物理学理论，在其基本概念的运用范围和运用架构之内，热力学定律永远不可能被颠覆。”

爱因斯坦所赞美的具有唯一普适性的热力学定律通常被认为是三个定律或四个定律。

热力学第一定律，即人们非常熟悉的能量守恒及转化定律。

热力学第二定律，具有多种表达方式，下文详论。

热力学第三定律，是指当热力学温度达到零度(绝对温度T=0)时，一切完美晶体(没有任何缺陷的规则晶体)的熵值等于零。

根据热力学第三定律，利用量热数据，可计算出任意物质在各种状态(物态、温度、压力)的熵值。这样定出的纯物质的熵值称为量热熵或第三定律熵。

热力学第三定律还有一种表述法，那就是绝对零度(-273℃)时，物体将失去所有能量。也就是说，我们无法将任何物体的温度降低到绝对零度以下。

此外，科学家有时还谈论一个“热力学第零定律”，它描述的是在一个封闭系统里，所有物体或系统构成部分的热能必然达到均等状态。其实热力学第二定律已经包含此含义。

我们此处讨论的只是热力学第二定律及其对人类社会经济体系的意义。

热力学定律为何具有如此深刻的普适性？如果热力学定律对自然物理现象或生命现象具有唯一的普适性，那么热力学定律是否也能运用到经济学和其他社会科学中？我们是否能够运用热力学定律来阐释人类社会特别是经济体系中的重大现象？

熵和热力学第二定律的含义

熵是颇为神秘且模糊的概念。1865年，德国物理学家克劳修斯首次提出“熵”的概念。他给熵的定义是：一个封闭系统处于均衡状态时，

熵等于其总能量除以系统的均衡温度。

自从克劳修斯提出熵的概念以来，几乎所有伟大的科学家都深入思考或借用过这个概念。然而，奇怪的是，至今科学家对熵的准确和具体含义依然没有达成一致意见。许多顶级科学家也认为熵是一个说不清、道不明的模糊概念。

譬如，德国著名物理学家、原子物理学和量子物理学的开创者之一阿诺尔德・索末菲(ArnoldSommerfeld)就曾讲过这样一番话：

热力学是一门颇为有趣的学科。当你第一次系统研究它时，你发现完全不明白。当你再次系统研究它时，你觉得已经完全明白了，除了一两个小小的问题之外。然而，当你第三次系统研究它时，你又觉得自己完全不明白了。但是，到这个时候你已经无所谓了，你已经如此习惯热力学的那些概念和理论，以至它们不再让你感到困惑了。