热力学第二定理的运用

作者:佚名 资料来源:网络 点击数:

热力学第二定理的运用

文章来源
莲山 课件 w ww.5 Y
K J.CO
M

关键词 局域性 远程相互作用

 

摘要:本文叙述了热力学第二定理的孤立性和局域性要求,根据这个要求将热力学第二定理运用到存在远程相互作用的体系中,得到这个定理是不适用的,从而启发物理学家研究这个问题.

 

热力学第二定理有许多表述,根据我的学习体会,描述为;孤立体系的热运动总是向着熵增的方向发展,并达到熵极大,(稳定的平衡态)

热力学第二定理包含有两个内容:1、时间之箭的方向 2、时间之箭的目标

热力学第二定理对研究对象有个限制:孤立体系。下面的一个孤立体系,但是,热力学第二定理在运用上却存在问题:

桌面上有两杯水A B,水里悬浮有大量的电荷,外界对它们没有作用,可以把它们整体看作孤立体系,由热力学第二定理得,体系应该有一个稳定的平衡态。我们从部分看:比如A,它受到B的电作用,不能视为孤立体系,它有没有稳定态,就很成问题。同样B也是如此。同一研究对象,可能存在不同研究结果,只能说明理论对于这样的研究对象存在先天不足。

这一体系有没有稳定态,得有物理方程确定,物理方程应该包含热和电

1 、泊松方程

2 、波尔兹曼方程 p=A*exp(qu/kT)

求解方程是困难的,它是非线型的,从直觉上讲,有解的可能性小。

普朗克熵理论的研究

下面是熵和热力学几率的关系的推导:普郎克发现孤立体系的熵和热力学几率存在单调的变化,猜测熵和热力学几率存在如下关系:

S=fW

设体系有独立的两部分,

S---------体系总熵 S1-------1部分的熵

S2-------2部分的熵 W-------总几率

W1-----1部分的几率 W2-----2部分的几率

S=S1+S2=fW

S1=fW1

S2=fW2

W=W1*W2---------1

通过微积分运算,得到

S=k*InW----------2)(参阅王竹溪第2版)

如果体系由无限独立部分组成,则S=S1+S2+S3+。。。。Sn+。。 Si是局域熵热力学第二定理表示为:S1=S1max S2=S2max。。。。。(3

以上推倒体现了热力学明显的局域性,也暴露了这种性质的力学本质:要求每个局域的 独立性,如果不独立,则

W=W1*W2---------1

不成立,则普朗克的推导就有漏洞,

实际上,世界上存在破坏这种局域独立性的现象,比如桌面上有两杯水,(可以看作总体系的两个部分,部分的划分是任意的)水里悬浮有大量电荷,两杯水之间存在远程相互作用,独立性就没有意义,普朗克的熵理论不能适用于这样的研究对象。 普朗克的熵理论的背景是热力学第二定理,普朗克提出

S=fw

原因为:孤立体系的热运动总是朝着熵增的方向发展,而热力学几率也是在增加,现在的体系不适用于普朗克的理论,则也会不适用于热力学第二定理,我们知道,热力学第二定理要求平衡态的出现,平衡态的表示为

S1=S1max S2=S2max

这个体系中的局域独立性已经破坏,S1S2没有意义。

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