大雾二年级作文100字字 二百字作文大雾里的趣事
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热力学第二定律及其思考
摘要：
热力学第二定律是热力学基本定律之一，它是关于在有限空间和时间内，一切和热运动有关的物理和化学过程具有不可逆性的经验总结。热力学第二定律有两个表述。其一是开尔文表述，指其不可能从单一热源吸收热量，使之完全转化为功而不引起其他变化，也就是说能量不能全部转化为功。另一个是克劳修斯表述，即不可能使热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。
关键词：
热力学第二定律；熵；统计意义；卡诺定理
正文：
一、热力学第二定律及其来源
1.热力学第二定律的提出与发展
热力学第二定律的提出是经过了一系列的探索过程的。热力学第一定律是指做功必须由能量转化而来，不消耗能量而获得功的企图是不可能实现的。人们利用第一热学的原理制造出了许多机器来消耗能量，从而获得功。但是随着机器的广泛使用，人们发现机器的效率并不高。在能量转化为功的过程中，额外消耗了大量能量。人们思考：有没有可能制造出一种机器来把所吸收的热量全部转化为功而不是放热量呢？但是大量的实验证明，这是不可能的。
1842年，法国青年工程师卡诺曾设想了一种理想热机。这种热机的工质只与两个热源交换热量，并且不存在散热和摩擦等因素，称为卡诺热机。但是实际上热机的工质并不是理想气体，其循环也不是可逆卡诺循环，所以提出来了卡诺定理，指出了提高效率的极限和方向。1850年，克劳修斯在迈尔、焦耳关于热功的结论和卡诺关于热机效率的结论基础上，提出了热力学第一定律：dQ=dU+dW。克劳修斯认为，卡诺的证明是错误的，因为他所依据的出发点是热机工作过程中“热量维持不变”，而实际上热的传递和热的消耗是同时发生的。克劳修斯指出，为证明在同样温度的高温热源和低温热源之间工作的一切热机都不可能高于可逆卡诺热机的效率，只需依据热的一个一般特性就可以了。这个特性就是：“热总是表现出这样的趋势：它总是从比较热的物体转移到较冷的物体，使存在的温度差消失而趋于平衡”。克劳修斯指出：理想制冷剂是不可能制成的。他提出的热力学第二定律的表述，被大家称为“热力学第二定律的克劳修斯表述。简单来说，就是热量不能自动地从低温物体传向高温物体。它指出了热传导过程也具有方向性。1851年，开尔文总结了前人的大量实验后指出，第二类永动机是不可能制成的。他提出的关于热力学第二定律的表述，被公认为“热力学第二定律的开尔文表述”。理想气体的等温膨胀过程，可以把从热源吸收的热量全部转化为功。但是在此过程中，其体积变大，压强降低，即工质已经发生了变化。
2.热力学第二定律
热力学第二定律与热力学第一定律都是热力学中重要的基本定律，都是人们长期实践总结出来的，是被前人反复证明后提出来的，是科学家们的心血与结晶。热力学第二定律的两种表述，表面上看起来似乎毫不相关，但是可以证明，它们是完全等价的。其中一个不成立，另一个也不可能成立。
二、热力学第二定律的统计意义
由于机械运动是物体有规则的宏观运动，而热运动是分子无规则的微观运动，所以功转化为热，就是有规则的宏观运动转变为分子的无序热运动，这种转变的概率极大，可以自动发生。相反，热转化为功则是分子的无序热运动转变为物体有规则的宏观运动，转变的概率很小，因而不可能自动发生。由此得出热力学的统计意义，在一个不受外界环境影响的孤立系统中发生的一切实际过程，都是从概率小的微观态向概率小的宏观态进行的。热力学第二定律的统计意义同时表明了它的适用范围只能是由大量微观粒子组成的宏观系统，对于粒子数很少的系统是没有意义的。
三、热力学第二定律与熵增
热力学第二定律是描述热量的传递方向的:分子有规则运动的机械能可以完全转化为分子无规则运动的热能，热能却不能完全转化为机械能。它也可以表达为，每一个自发的物理或化学过程总是向着熵增的方向发展。一切自发过程的不可逆性不是过程本身的属性，而是反映了初状态与终状态存在某种性质上的原则差别。正是这种差别决定了过程进行的方向，由此产生了熵的概念。
熵是为了定量地表示系统状态的这种性质，定量的说明自发过程进行的方向而定义的物理量。当系统从初态A经过任一不可逆终态过程B时，其熵的增量为 （可逆过程），实际上，在不可逆过程中，式子中的等号应换为大于号。它表明：对于从初态到终态的任何一个不可逆过程，热温比的积分值恒小于系统和初态熵值之差。这就是热力学第二定律的数学表达式。熵是系统状态的函数，可用玻耳兹曼关系式描述。一个系统的熵是该系统的可能微观态数的量度。所以说力学第二定律适用于“绝热系统”或“孤立系统”。玻耳兹曼认为，熵是一个系统失去信息的量度，也就是说信息是负熵。早在20世纪40年代，著名物理学家薛定谔曾指出：生命系统之所以能够存在，就是因为它从环境中不断得到“负熵”。生命系统就是一个高度有序的开放系统，熵越低，就意味着系统越完善和健全，而生命力就越强。生物为什么能够进化？正是由于它是开放系统，与生物界有着充分的物质、能量以及熵的交流，因而从单细胞生物逐渐演化成现在这样丰富多彩的自然世界。
通过各类文献资料的详细介绍以及老师的讲解使我对热力学第二定律有了更深刻的认识。热力学第二定律，不仅仅是热力学中的重要定律，也是一条广泛的渗入在生活中的各个领域的定律，是一条伟大而实用的定律。热力学第二定律对新世纪的科学技术乃至整个社会的发展都产生了重要的影响。在将来，热力学第二定律一定也会继续推动着人类社会的发展，帮助人类开创新的纪元。
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