热力学
热力学第二定律
热自发地从热到冷。开尔文-普朗克(η<1)与克劳修斯(冰箱需 W)是同一定律;真实过程不可逆
第 1 定律只把能量对齐,不说过程往哪边走,第 2 定律补上那个空位。热自己从热的地方流向冷的地方,任何热机都不能把热全部变成功,实际过程只往一个方向走。对齐的账本上再加一个方向。
拖动左边物块的温度,热总是从热的一边流向冷的一边,自己反过来走的事没有。所以热咖啡只是一直凉到室温,自己吸回房间的暖、重新变热的事决不会发生。只有下坡,上坡不会自己出现。
开尔文-普朗克说法是,任何热机都不能把吸热全部变成功。必须扔掉热,所以效率 η < 1。所以海里虽装着庞大的热能,船却不能靠冷却海水、单用那份热自己往前走,因为只有一个热源的热机被第 2 定律挡住。把不可能的完全热机和真实热机换着看,差别就显出来。
克劳修斯说法是,热不会自己从冷的地方走到热的地方。冰箱做得到,可是只靠花功。热泵用同一个原理,花一点电功,从冷的室外空气把热收来送进屋里,送进房间的热比花的功多,所以比电暖炉效率好。把禁止的流动和真实的冰箱换着看,对比就清楚。
把气体放到空的一半,它铺满箱子散开,可是自己再聚回一边的事决不会有。拖着看它散开,实际过程有时间的方向就显出来。其实第 1 定律并不阻止气体再聚拢,一个个分子的碰撞把时间倒过来也成立。可是散开的排列拥有压倒性地更多的情形数,聚回去只是概率上不会发生。
同一条定律用三张脸。热往下坡流,热机扔掉一些热,冰箱要把热抬上去就需要功,把三者换着看,是一根根。下一章用卡诺循环把这个限度精确钉死,再下一章给它起名。熵。三张脸都禁止整个世界的熵减少,熵正是把这三者一次量完的一本账。
实际应用整理一下,第 2 定律定下能量变化的方向。热自己从热处流向冷处,开尔文-普朗克说吸热不能全部变成功,所以效率 η < 1,要从冷处抬到热处就得花功。那是克劳修斯。两种说法是同一条定律的两种表达,像自由膨胀这样的实际过程不可逆,带着时间的方向。下一章接到这个限度守得最紧的卡诺循环,以及把这一切捆成一个量的熵。
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