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热力学第二定律 (查看源代码)

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第102行：第102行： −

===Clausius ~~statement克劳修斯表述~~===

+

===克劳修斯表述 Clausius statement===

第114行：第114行： −

===Kelvin ~~statements开尔文表述~~===

+

===开尔文表述 Kelvin statements===

第123行：第123行： −

===Equivalence of the Clausius and the Kelvin ~~statements克劳修斯和开尔文表述的等价性~~===

+

===克劳修斯和开尔文表述的等价性 Equivalence of the Clausius and the Kelvin statements===

第133行：第133行： −

===Planck's ~~proposition普朗克命题~~===

+

===普朗克命题 Planck's proposition===

−

+

普朗克 Planck提出了直接来自经验的如下命题。这有时被认为是他对热力学第二定律的表述，但他认为这是热力学第二定律推导的起点。

−

~~普朗克提出了直接来自经验的如下命题。这有时被认为是他对热力学第二定律的表述，但他认为这是热力学第二定律推导的起点。~~

第146行：第144行：

''

−

===Relation between Kelvin's statement and Planck's proposition ~~开尔文表述与普朗克命题的关系~~===

+

=== 开尔文表述与普朗克命题的关系 Relation between Kelvin's statement and Planck's proposition===

+

教科书中几乎总是用“'''开尔文-普朗克表述 Kelvin-Planck Statement'''”来称呼该定律，例如'''德克·特哈尔 Diek ter Haar''' 和'''哈拉尔德·沃格兰 Harald Wergeland''' 就是这样表述的。<ref>Dirk ter Haar,Harald Wergeland (1966), p. 17.</ref>热力学第二定律的开尔文-普朗克表述（或称“'''热机表述 Heat Engine Statement'''”）指出：

−

教科书中几乎总是用“'''开尔文-普朗克表述 Kelvin-Planck Statement'''”来称呼该定律，例如'''德克·特哈尔 Diek ter Haar''' 和'''哈拉尔德·沃格兰 Harald Wergeland''' 就是这样表述的。<ref>Dirk ter Haar,Harald Wergeland (1966), p. 17.</ref>热力学第二定律的开尔文-普朗克表述（或称“'''热机表述 Heat Engine Statement'''”）指出

−

：

''"::It is impossible to devise a [[thermodynamic cycle|cyclically]] operating device, the sole effect of which is to absorb energy in the form of heat from a single [[heat reservoir|thermal reservoir]] and to deliver an equivalent amount of [[Work (physics)|work]].<ref name="Rao">{{cite book|last=Rao|first=Y. V. C.|title=Chemical Engineering Thermodynamics|publisher=Universities Press|isbn=978-81-7371-048-3|page=158|year=1997}}</ref>"''

第160行：第156行： +

=== 普朗克表述 Planck's statement===

−

~~===Planck's statement 普朗克表述===~~

+

普朗克表述第二定律如下：

−

~~普朗克表述第二定律如下。~~

−

第199行：第192行： −

===Planck's principle ~~普朗克原理~~===

+

=== 普朗克原理 Planck's principle===

1926年，'''马克斯·普朗克 Max Planck'''写了一篇关于热力学基础的重要论文。<ref name="Planck 1926"/><ref>Uffink, J. (2003), pp. 129–132.</ref> 他指出了以下原理

第205行：第198行：

''"::The internal energy of a closed system is increased by an adiabatic process, throughout the duration of which, the volume of the system remains constant.<ref name="Munster 45"/>{{sfnp |Lieb|Yngvason|1999|p=49}}"''

−

''"一个封闭系统的内部能量因绝热过程增加，在整个过程中，系统的体积保持不变。<ref name="Munster 45"/>"''

第224行：第216行：

与普朗克之前提出的原理不同，这一原理明确地用熵的变化来表示。从系统中去除物质也可以减少系统的熵。

−

===~~Statement~~ for a system that has a known expression of its internal energy as a function of its extensive state variables ~~一个其内能有已知表达式（其扩展状态变量的函数）的系统的表述~~===

+

=== 一个其内能有已知表达式（其扩展状态变量的函数）的系统的表述Statement for a system that has a known expression of its internal energy as a function of its extensive state variables===

'''写成广泛性质（质量，体积，熵……）的函数时，第二定律被证明等价于弱凸函数内能 U。The second law has been shown to be equivalent to the internal energy U being a weakly convex function, when written as a function of extensive properties (mass, volume, entropy, ...).'''<ref>{{cite book |last1=van Gool |first1=W. |last2=Bruggink |first2=J.J.C. (Eds) |url= |title=Energy and time in the economic and physical sciences |publisher=North-Holland |year=1985 |pages=41–56 |quote= |isbn=978-0-444-87748-2}}</ref><ref>{{Cite journal | last1 = Grubbström | first1 = Robert W. | doi = 10.1016/j.apenergy.2007.01.003 | title = An Attempt to Introduce Dynamics Into Generalised Exergy Considerations| journal = Applied Energy| volume = 84| issue = 7–8 | pages = 701–718 | year = 2007}}</ref>

+

==推论==

第259行：第252行： −

===Thermodynamic temperature ~~热力学温度~~===

+

=== 热力学温度 Thermodynamic temperature===

对于任意热机，效率为：

第283行：第276行： −

现在考虑如下情形，<math>T_1</math> ~~是一个固定的参考温度: 水的~~'''三相点 Triple Point'''的温度。则对于任意 T2 和 T3,

+

现在考虑如下情形，<math>T_1</math> 是一个固定的参考温度：水的'''三相点 Triple Point'''的温度。则对于任意 T2 和 T3,

第303行：第296行：

参考温度 ''T''1 的值为273.16。（任何参考温度和任何正值均可用——此处的选择对应开尔文标度。）

+

===熵 Entropy ===

第313行：第307行：

这意味着线积分 <math>\int_L \frac{\delta Q}{T}</math> 对于可逆过程是路径无关的。

−

第320行：第313行：

: <math>dS = \frac{\delta Q}{T} \!</math>

−

据此，只有对上述公式进行积分，才能得到熵的差值。为了获得绝对值，我们需要'''热力学第三定律 Third Law of Thermodynamics'''，它指出'''绝对零度 Absolute Zero'''下完美晶体的 ''S'' = 0。

−

对于任意不可逆过程，由于熵是一个状态函数，我们总是可以将初始状态和最终状态与一个虚拟的可逆过程联系起来，并在这条路径上积分以计算熵的差值。

−

现在把可逆过程逆过来，将其与上述不可逆过程结合。把克劳修斯不等式应用到这个循环,

−

第338行：第327行： −

故,

+

故，

第394行：第383行： −

~~也就是。子系统有用能的变化加上子系统所做的有用功(或者，子系统有用能的变化减去除了~~'''压力热源'''外任何对系统做的功~~)必须小于或等于零。~~

+

即子系统有用能的变化加上子系统所做的有用功（或者，子系统有用能的变化减去除了'''压力热源'''外任何对系统做的功）必须小于或等于零。

−

~~总之，如果选择一个合适的类似于无限库的参考状态作为现实世界中的系统环境，~~

+

总之，如果选择一个合适的类似于无限库的参考状态作为现实世界中的系统环境，则第二定律预测不可逆过程的''E''值减少，可逆过程的''E''值不变。

−

~~则第二定律预测不可逆过程的~~''E''值减少，可逆过程的''E''值不变。

第409行：第396行：

第二定律的这种方法被广泛应用于'''工程实践 engineering practice'''、'''环境会计environmental accounting'''、'''系统生态学 systems ecology'''等其他学科。

−

~~===The second law in chemical thermodynamics 化学热力学的第二定律===~~

+

=== 化学热力学的第二定律 second law in chemical thermodynamics===

−

对于一个恒温恒压封闭系统中的自发化学过程，在没有 non-PV 功的情况下，克劳修斯不等式Δ''S > Q/Tsurr''由于'''~~吉布斯自由能Gibbs~~ free energy~~~~'''的变化而转化为：

+

对于一个恒温恒压封闭系统中的自发化学过程，在没有 non-PV 功的情况下，克劳修斯不等式Δ''S > Q/Tsurr''由于'''吉布斯自由能 Gibbs free energy'''的变化而转化为：

第440行：第426行： −

~~克劳修斯还提出了一种传统的学说，他认为熵可以被理解为宏观系统中的~~'''分子“无序”molecular 'disorder''''，但这种学说已经过时了。<ref>Denbigh, K.G., Denbigh, J.S. (1985). ''Entropy in Relation to Incomplete Knowledge'', Cambridge University Press, Cambridge UK, pp. 43–44.</ref><ref>Grandy, W.T., Jr (2008). ''Entropy and the Time Evolution of Macroscopic Systems'', Oxford University Press, Oxford, pp. 55–58.</ref><ref name=Lambert>[http://entropysite.oxy.edu Entropy Sites — A Guide] Content selected by [[Frank L. Lambert]]</ref>

+

Clausius还提出了一种传统的学说，他认为熵可以被理解为宏观系统中的'''分子“无序”molecular 'disorder''''，但这种学说已经过时了。<ref>Denbigh, K.G., Denbigh, J.S. (1985). ''Entropy in Relation to Incomplete Knowledge'', Cambridge University Press, Cambridge UK, pp. 43–44.</ref><ref>Grandy, W.T., Jr (2008). ''Entropy and the Time Evolution of Macroscopic Systems'', Oxford University Press, Oxford, pp. 55–58.</ref><ref name=Lambert>[http://entropysite.oxy.edu Entropy Sites — A Guide] Content selected by [[Frank L. Lambert]]</ref>

===Account given by Clausius 作者: 克劳修斯===

−

~~1856年，德国物理学家'''鲁道夫·克劳修斯~~ Rudolf ~~Clausius '''阐述了他所谓的“热力学理论中的第二个基本定理~~ second fundamental theorem in the mechanical theory of heat” ，其形式如下：

+

1856年，德国物理学家鲁道夫·克劳修斯 Rudolf Clausius阐述了他所谓的“热力学理论中的第二个基本定理 second fundamental theorem in the mechanical theory of heat” ，其形式如下：

: <math>\int \frac{\delta Q}{T} = -N</math>

−

其中 Q 是热，T 是温度，N 是一个循环过程中所有非补偿的相变的“等价值”。后来在1865年，克劳修斯将“等价值”定义为熵。基于这个理论，同一年，第二定律最著名的版本在4月24日苏黎世哲学学会的一次演讲中被提出，在演讲的最后Clausius总结道：

第509行：第494行：

==从统计力学导出 Derivation from statistical mechanics==

−

~~{{Further information|H-theorem}}~~

−

'''气体动力学 Kinetic theory of gases'''理论的第一个力学论证由'''麦克斯韦 James Clerk Maxwell'''在1860年给出，指出分子碰撞引起温度均衡化，因此整体趋向于'''平衡 Equilibrium '''； '''玻尔兹曼 Ludwig Boltzmann'''<ref>{{Cite journal | last1 = Gyenis | first1 = Balazs | doi = 10.1016/j.shpsb.2017.01.001 | title = Maxwell and the normal distribution: A colored story of probability, independence, and tendency towards equilibrium | journal = Studies in History and Philosophy of Modern Physics | volume = 57 | pages = 53–65 | year = 2017| arxiv = 1702.01411 | bibcode = 2017SHPMP..57...53G }}</ref>在1872年提出的''' H 定理 H-theorem'''也认为，气体由于碰撞应该随着时间的推移趋向于'''麦克斯韦-波兹曼分布Maxwell–Boltzmann distribution'''。

第549行：第531行：

:<math>\frac{1}{k_{\mathrm B} T}\equiv\beta\equiv\frac{d\ln\left[\Omega\left(E\right)\right]}{dE}</math>

+

==参考文献==

第596行：第579行：

[[Category:热力学和统计物理学哲学]]

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'''本词条内容源自wikipedia及公开资料，遵守 CC3.0协议。'''

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