大學(xué)物理課程論文

大學(xué)物理課程論文大學(xué)物理課程論文——熱力學(xué)第二定律及思考學(xué)院：數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院學(xué)院：數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：熱力學(xué)第二定律及思考姓名：班級(jí)：學(xué)號(hào)：【摘要】熱力學(xué)第二定律是一個(gè)適用于大量分子集體的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，它說明了自然界中功熱轉(zhuǎn)換過程的不可逆性。從宏觀方面，我們通過第二類永動(dòng)機(jī)推論出這個(gè)定律，而在微觀方面，我們通過熱功轉(zhuǎn)換、熱傳導(dǎo)、氣體絕熱自由膨脹來分析熱力學(xué)第二定律的微觀意義。我們用熵對(duì)熱力學(xué)第二定律做定量的表述，熱力學(xué)第二定律禁止時(shí)間反演。雖然現(xiàn)在對(duì)熱力學(xué)第二定律還有一些質(zhì)疑，但相信很快就會(huì)有一個(gè)示例來證明它的對(duì)錯(cuò)?！娟P(guān)鍵詞】熱力學(xué)定律轉(zhuǎn)換意義質(zhì)疑【引言】熱力學(xué)第一定律說明的是在一切熱力學(xué)過程中的能量守恒，作為熱力學(xué)三大定律中又一重要成員，熱力學(xué)第二定律則告訴了我們熱力學(xué)過程的方向規(guī)律，它決定了實(shí)際過程是否能夠發(fā)生以及沿什么方向進(jìn)行，所以也算是自然界的一條基本規(guī)律了，而圍繞熱力學(xué)第二定律所展開的一些問題也值得我們思考?！菊摹?、熱力學(xué)第二定律概述說明自然宏觀過程進(jìn)行的方向的規(guī)律叫做熱力學(xué)第二定律。而對(duì)它的內(nèi)容表述有兩種：一是克勞修斯于1850年提出的：熱量不能自動(dòng)地從低溫物體傳向高溫物體他的表述中指出了在自然條件下熱量只能從高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)移，而不能由低溫物體自動(dòng)向高溫物體轉(zhuǎn)移，也就是說在自然條件下，這個(gè)轉(zhuǎn)變過程是不可逆的。要使熱傳遞方向倒轉(zhuǎn)過來，只有靠消耗功來實(shí)現(xiàn)；另一個(gè)是開爾文于1851年提出的：其唯一效果是熱全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ倪^程是不可能的，他的表述中則指出自然界中任何形式的能都會(huì)很容易地變成熱，而反過來熱卻不能在不產(chǎn)生其他影響的條件下完全變成其他形式的能，從而說明了這種轉(zhuǎn)變?cè)谧匀粭l件下也是不可逆的。熱機(jī)能連續(xù)不斷地將熱變?yōu)闄C(jī)械功，一定伴隨有熱量的損失。第二定律和第一定律不同，第一定律否定了創(chuàng)造能量和消滅能量的可能性，第二定律闡明了過程進(jìn)行的方向性，否定了以特殊方式利用能量的可能性。其實(shí)這兩種表述是完全等效的。2、第二定律的理論依據(jù)及相關(guān)延伸就第二類永動(dòng)機(jī)（也說成是單元熱源機(jī)）來說，它只利用一個(gè)恒溫?zé)釒旃ぷ?，從單一熱源取熱，使之完全變?yōu)橛杏霉Χ划a(chǎn)生其他影響。它并不違反熱力學(xué)第一定律，但卻違反熱力學(xué)第二定律。它是不可能實(shí)現(xiàn)的。再?gòu)奈⒂^上來看，在熱功轉(zhuǎn)換中，是大量分子的有序運(yùn)動(dòng)向無序運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化的過程，這是可能的，但相反來說，無序運(yùn)動(dòng)自動(dòng)轉(zhuǎn)化為有序運(yùn)動(dòng)是不可能的；在熱傳導(dǎo)中，是大量分子運(yùn)動(dòng)的無序性由于熱傳導(dǎo)而增大了，相反，兩物體的分子運(yùn)動(dòng)從平均動(dòng)能完全相同的無序狀態(tài)自動(dòng)的向平均動(dòng)能不同的較為有序的狀態(tài)進(jìn)行的過程是不可能的；還有氣體的絕熱膨脹過程也說明了不可逆性的微觀本質(zhì)：一切自然過程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無序性增大的方向進(jìn)行。熱力學(xué)第二定律，也確定了一個(gè)新的態(tài)函數(shù)——熵，我們可以用熵來對(duì)第二定律作定量的表述。在孤立系統(tǒng)內(nèi)對(duì)可逆過程，系統(tǒng)的熵總保持不變；對(duì)不可逆過程，系統(tǒng)的熵總是增加的。這個(gè)規(guī)律叫做熵增加原理。這也是熱力學(xué)第二定律的又一種表述。熵的增加表示系統(tǒng)從幾率小的狀態(tài)向幾率大的狀態(tài)演變，也就是從比較有規(guī)則、有秩序的狀態(tài)向更無規(guī)則，更無秩序的狀態(tài)演變。熵體現(xiàn)了系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)。當(dāng)然在熱現(xiàn)象中有這樣一種考慮：一杯水初始溫度等于室溫T(0)，放在點(diǎn)燃酒精燈上，從酒精燈火焰吸收熱量Q后溫度為T(t)，進(jìn)行時(shí)間反演，則是水的初溫為T'(0)=T(t)，放在點(diǎn)燃酒精燈上，放出熱量Q給酒精燈火焰，自身溫度降為T'(t)=T(0)，這違背了第二定律關(guān)于熱量只能從高溫物體傳向低溫物體的陳述，所以熱力學(xué)第二定律禁止時(shí)間反演.3、關(guān)于熱力學(xué)第二定律的質(zhì)疑熱力學(xué)第二定律是建立在對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的觀測(cè)和總結(jié)的基礎(chǔ)上的定律，雖然在過去的一百多年間未發(fā)現(xiàn)與第二定律相悖的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，但始終無法從理論上嚴(yán)謹(jǐn)?shù)刈C明第二定律的正確性。所以對(duì)熱力學(xué)第二定律也有一些質(zhì)疑產(chǎn)生：一些學(xué)者在理論上對(duì)熱力學(xué)第二定律產(chǎn)生了質(zhì)疑，而后他們做了一個(gè)小系統(tǒng)短時(shí)間內(nèi)有悖熱力學(xué)第二定律的實(shí)驗(yàn)，從實(shí)驗(yàn)觀測(cè)的角度證明了在一定條件下熱孤立系統(tǒng)的自發(fā)熵減反應(yīng)是有可能發(fā)生的。雖然這些新的發(fā)現(xiàn)不至于影響到現(xiàn)存熱力學(xué)的應(yīng)用，但我們也要通過自己的努力多學(xué)知識(shí)，爭(zhēng)取早日證明