热力学第二定律的实质及其问题分析

　　摘要：热力学第二定律是经典热力学中的重要定律， 在我们高中物理的学习中， 热学是其重要组成部分， 而在热学这部分知识的学习中， 最为重要的就是有关热力学的定律。因此， 如果我们想学好热力学， 就必须掌握好这些定律的内容和实质。本文就对热力学第二定律的实质进行分析， 对其中的相关问题进行思考。

　　关键词：热力学； 第二定律； 思考；

　　我们在高中物理中学习热力学第二定律时， 对其适用范围进行过分析， 通过仔细的辨别， 我们可以发现其适用范围之间存在矛盾之处。于是， 我们可以认为热力学第二定律并不是普遍适用的， 对于这项定律， 我们需要进行再思考。

　　一、热力学第二定律不同表述的实质

　　在高中物理中， 我们学习到热力学第二定律存在两种表述形式：第一， 开尔文的表述， 其认为不可能从单一的热源吸取热量， 并将这些热量全部转化为有用功， 而在此过程中不会产生任何影响。第二， 克劳修斯的表述， 其认为将热量从低温物体传到高温物体， 但不引起任何变化， 这种情况是不可能出现的。对这两种表述， 我们可以总结出其实质， 即， 达尔文认为热能不可能自发地全部转化成有用功；克劳修斯认为热量不可能自己从低温物体向高温物体传送。

　　在高中物理的学习中， 我们了解到功可以自发地全部转化为热， 且热量可自发的从高温物体转向低温物体。根据这一点， 再结合达尔文和克劳修斯对热力学第二定律的表述， 我们可以得出以下结论：功向热的转变过程是不可逆的， 且热传递的过程同样是不可逆的。再者， 我们可以这样来看待热力学第二定律的不同表述形式， 即在所有的热现象中， 只要是与之有关的宏观过程， 其实都具有不可逆性。在认识热力学第二定律时， 我们必须牢牢的抓住这一点， 认清热力学第二定律的本质， 才能掌握好热力学相关知识。

　　二、热力学第二定律的适用范围

　　在克劳修斯将热力学第二定律延伸到宇宙以外后， 其认为宇宙的温度最后都会变成一样， 且最终会实现热平衡。在热平衡状态下， 宇宙就会逐渐向热寂状态发展。因此， 我们可以这样来看待这种观点：从哲学意义来看， 热力学第二定律是在对宇宙图像进行描述， 且此宇宙图像处于一片死寂状态， 根本就没有任何差别。在热寂说提出以后， 不少科学家对此持批判态度， 认为宇宙的热寂死纯属无稽之谈。科学家们之所以会否定热寂说， 我想原因就在于热力学第二定律的适用范围是有限的， 其是在有限的时空中得出的结论， 所以只可能用于对宏观系统进行研究， 延伸到宇宙外就不再由任何意义。

　　从上述的推理来看， 逻辑上是存在矛盾之处的， 如果按照上述论断， 热力学第二定律是可以用于对宇宙之外的系统进行研究的。因为热力学第二定律的适用范围是有限的宏观系统， 而无数的有限宏观系统却能组成无线的宇宙， 因此， 热力学第二定律也可用于对无限的宇宙进行研究。如果这一结论不正确， 那么热力学第二定律不能对无线的宇宙进行研究则是正确的。因此， 我们可以认为在一些有限系统内， 如果其时空是有限的， 那么热力学第二定律同样不适用。

　　三、对热力学第二定律的解释

　　在高中物理的学习中， 我们知道一些物理科学家曾设想能够制造出一种机器， 其吸收的热量可来源于单一的热源， 并将这些热量全部转变为有用功， 但不会产生任何影响， 这就是第二类永动机。显然， 这种机器不会违背热力学第一定律， 但却与热力学第二定律是矛盾的。也有科学家进行过以下计算：假设在地球表面上存在的海水有10亿立方米， 将其作为单一的热源， 如果对其进行降温， 释放出热量， 即使降低的温度只有0.25℃， 这些热量也会转化为一千亿度电能， 这些电能够全球使用一千年。但是， 根据热力学第二定律， 根本不可能将海水作为单一的热源， 所以热效率为100%的热机是不可能存在的。

　　我们再以分子动理论为依据， 对热力学第二定律进行解释。分子动理论认为大量分子有规则的运动称之为做功， 大量分子的无规则运动称之为热运动。由此可见， 大量分子的无规则运动基本不可能变为有规则运动， 但有规则运动却很有可能变为无规则运动。因此， 在一个不会受到外界因素影响的独立系统中， 其内部可能存在自发过程， 但这个过程是方向是由概率小的状态向概率大的状态进行的。也就是说， 热不可能自发的转变为功。

　　四、结束语

　　综上所述， 热力学第二定律的表述有两种形式， 一种是达尔文的表述， 认为热能自发的全部转变为有用功是不可能的， 一种是克劳修斯的表述， 认为热量从低温物体向高温物体传送也是不可能的， 这就是热力学第二定律的本质。因此， 作为高中生， 我们在学习高中物理的热力学知识时， 需要弄明白热力学相关定律的内涵， 才可能灵活运用热力学知识解决实际的物理问题。

　　参考文献
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