熱力學第二法則

熱力學第二法則通常稱為“熱力學第二定律”(Second Law of Thermodynamics)。

定義：不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體而不產生其他影響；不可能從單一熱源取熱使之完全轉換為有用的功而不產生其他影響；不可逆熱力過程中熵的微增量總是大於零。

No process is possible whose sole result is transfer from a colder to a hotter body.

基本介紹

• 中文名：熱力學第二法則
• 外文名：Second Law of Thermodynamics
• 別稱：熱力學第二定律
• 提出時間：1850年

發現歷程

1824年，法國陸軍工程師Sadi Carnot（卡諾）構想了一個既不向外做功又沒有摩擦的理想熱機。通過對Carnot cycle（卡諾循環）的研究得出結論，熱機必須在兩個熱源之間工作，熱機的效率只取決與熱源的溫差，熱機效率即使在理想狀態下也不可能的達到100%，即熱量不能完全轉化為功。1850年，Rudolph Clausius在Sadi Carnot的基礎上得出了熱力學第二法則：不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不引起其他變化.1851年，William Thomson也得出熱力學第二法則：不可能從單一熱源吸取熱量，使之完全變為有用功而不產生其他影響.初看起來William Thomson表述有些多餘，但可以證明只有在William Thomson表述成立的前提下Rudolph Clausius表述才成立。

導致災難

1865年4月24日，Rudolph Clausius提出熵的概念，並認為在一個封閉的系統里，熵總是增大的.最終系統內部達到一種完全均勻的熱動平衡的狀態，若不與外界發生聯繫則不會再發生任何變化。宇宙就是一個不存在“外界”的封閉系統，Rudolph Clausius想當然地將熱力學第二法則推廣到宇宙，即認為宇宙將徹底走向滅亡.。

反對聲音

1871年，James Clerk Maxwell認為自然界存在著反抗熵增加原理的能量控制機制，他想像出一個不可琢磨的魔鬼.魔鬼通過一種我們無法理解的方式控制著做隨機熱運動的粒子的行為，使得速度快的粒子進入匣子其中一邊，而速度慢的粒子進入另一邊。經過相一段時間，匣子兩邊就會形成溫差.

否定意見

1895年，Jules Henri Poincaré（亨利·龐加萊）證明任何粒子在經歷一個漫長的周期之後必然能回到其初始位置，亦即“龐加萊回歸”.簡而言之，系統由有序向無序的單向發展是一個巨觀過程，在亞原子世界不成立.

解決出路

熵確實是在不斷增加，但是根據“熵貶值”理論，隨著時光之箭的前進能量會退降，這個結果會導致熵的貶值.

代表人物

Rudolph Clausius

人物簡介

德國物理學家Rudolph Clausius曾就學於柏林大學，後又在歐洲多個著名大學任職， 著有《力學的熱理論》、《勢函式與勢》、《熱理論的第二提議》等.Rudolph Clausius從青年時代起，就決定獻身熱力學，為此他花費近10年時間在學校里埋頭苦讀.Rudolph Clausius自幼就天賦過人，但真正讓師生敬重的是他的勤奮刻苦.Rudolph Clausius學習非常努力，課堂上專心聽講，課下則一絲不苟地完成作業.課餘時間他就廣泛閱讀各類書籍，認真地進行自學.由於家境貧寒，Rudolph Clausius以半工半讀的方式度過了大學和研究生階段.由於長時間的孤獨學習，Rudolph Clausius顯得有些不合群.然而一旦有人要他幫助，他都盡力去做，絕不推脫。成名以後常有人向他請教問題，無論書信求教還是登門拜訪，他都認真對待。Rudolph Clausius為人極為坦誠，既不溜須拍馬也不狂妄自大

不可忘記的偉人

.　Rudolph Clausius因為提出了熱力學法則和熵的概念，成為熱力學理論的奠基人；他還計算得出了分子運動速度，並揭示出分子運動速度和氣體擴散兩者快慢不一的原因，因此人們將Rudolph Clausius與James Clerk Maxwell、Ludwig Boltzmann並稱氣體動理論三大奠基人.；他還創立了電解分離理論；他還率先明確提出物理學中的統計概念，開創了統計力學.Rudolph Clausius生前曾得到過許多的榮譽，並被不少科學團體選為名譽成員.

大事年表

1822年1月2日，Rudolph Clausius生於普魯士克斯林（今波蘭科沙林）.

1850年，第一次明確提出了熱力學第一法則.

1851年，從熱力學理論論證了Clapeyron-Clausius方程.

1853年，發展了溫差電現象的熱力學理論.

1854年，給出了可逆循環過程中熱力學第二法則的數學表達，而引入了一個新的的態參量.

1857年，.提出電解理論.

1857年，歷史性地推出理想氣體壓強公式並由此論證了Boyle-Mariotte法則和Gay-Lussac法則，使氣體動理論成為定量的系統理論.

1858年，引入單位時間內所發生的碰撞次數和氣體分子的平均自由程的重要概念，開闢了研究氣體輸運過程的道路.

1865年，正式提出熵概念和Clausius不等式.並由此證明了“熵增加原理”，這就導致了“熱寂說”.

1870年，提出了統計物理中的重要定理之一──位力定理.

1879年，提出了電介質極化的理論，獨立地導出電介質的介電常數與其極化率之間的關係──克勞修斯-莫索提公式.

William Thomson

人物簡介

William Thomson是19世紀英國卓越的物理學家，Thomson研究範圍廣泛，在熱學、電磁學、流體力學、光學、地球物理、數學、

工程套用等方面都做出了貢獻。他一生髮表論文多達600餘篇，取得70種發明專利，他在當時科學界享有極高的名望，受到UK本國和

歐美各國科學家、科學團體的推崇。Thomson是熱力學的主要奠基人之一，在熱力學的發展中作出了一系列的重大貢獻。除此之外他

還電磁學及它們的工程套用方面的研究中表現出色。Thomson以極高明的技巧研究過各種不同類型的問題，從靜電學到瞬變電流。他

揭示了傅立葉熱傳導理論和勢理論之間的相似性，討論了法拉第關於電作用傳播的概念，分析了振盪電路及由此產生的交變電流。他

的文章影響了麥克斯韋，並導致了電磁學的統一。在電工儀器方面，他的主要貢獻是建立電磁量的精確單位標準和設計各種精密的測

量儀器。他發明了鏡式電流計、雙臂電橋、虹吸記錄器等等，大大促進了電測量儀器的發展。

Thomson曾說：“我們都感到，對困難必須正視，不能迴避；應當把它放在心裡，希望能夠解決它。無論如何，每個困難一定有

不可忘記的偉人

解決的辦法，雖然我們可能一生沒有能找到。”他這種終生不懈地為科學事業奮鬥的精神，永遠為後人敬仰。1896年在格拉斯哥大學

慶祝他50周年教授生涯大會上，他說：“有兩個字最能代表我50年內在科學研究上的奮鬥，就是‘失敗’兩字。”因為功勳卓著，國

際計量大會把熱力學溫標稱為開爾文溫標，熱力學溫度以開爾文為單位，是現今國際單位制中七個基本單位之一。

Thomson的一生是非常成功的，他可以算作世界上最偉大的科學家中的一位。他於1907年12月17日去世時，得到了幾乎整個UK和

全世界科學家的哀悼。他的遺體被安葬在威斯敏斯特教堂牛頓墓的旁邊。

大事年表

1824年6月26日，Thomson生於愛爾蘭的貝爾法斯特。

1845年，畢業於劍橋大學，畢業後他赴巴黎跟隨物理學家和化學家V.勒尼奧從事實驗工作一年。

1846～1899年，受聘為格拉斯哥大學物理教授。

1846年，他成功地完成了電力、磁力和電流的“力的活動影像法”，為麥克斯韋最後完成電磁場理論奠定了基礎。

1848年，他發明了電像法，這是計算一定形狀導體電荷分布所產生的靜電場問題的有效方法。

1848年，他根據蓋-呂薩克、卡諾和克拉珀龍的理論創立了熱力學溫標，這是現代科學上的標準溫標。

1851年，他提出熱力學第二法則：並且指出若不成立則可以造出第二類永動機。

1852年，他發現了焦耳－湯姆孫效應，這一發現成為獲得低溫的主要方法之一，廣泛地套用到低溫技術中。

1853年，他推算了振盪的頻率，為電磁振盪理論研究作出了開拓性的貢獻。

1854年，他估算太陽和地球的"年齡".

1855年，他研究了電纜中信號傳播情況，解決了長距離海底電纜通訊的一系列理論和技術問題。

1856年，他從理論研究上預言了一種新的溫差電效應——湯姆孫效應。

1858年，Thomson協助裝設了第一條大西洋海底電纜。

1861年，UK科學協會任命一個委員會開展統一電學單位的工作，湯姆孫是其中的一員。

1861年，UK科學協會根據他的建議設立了一個電學標準委員會，為近代電學量的單位標準奠定了基礎.

1866年，他由於裝設第一條大西洋海底電纜有功被政府授予爵士。

1875年，他預言了城市將採用電力照明

1876年，他發明了適用於鐵船的特殊羅盤，之後一直被用到被現代迴轉羅盤代替為止。

1877年，被選為法國科學院院士。

1879年，他提出了遠距離輸電的可能性。

1881年，他對電動機進行了改造，大大提高了電動機的實用價值。

1881年，由Thomson和亥姆霍茲在巴黎主持了一次國際代表大會，討論統一制問題。

1890～1895年，任倫敦皇家學會會長。

1892年，升為開爾文勳爵，開爾文這個名字就是從此開始的。

1893年，在芝加哥召開的另一次代表大會，新的單位制被正式承認，並採用伏特、安培、法拉和歐姆等作為電學單位，從此它們

被普遍使用。

1904～1907年，擔任格拉斯哥大學校長。