如何理解热力学第二定律两种表述的一致性?

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悠哉甜瓜 幼苗

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热力学第二定律有多种表述,但最具代表性的有两种,即开尔文表述和克劳修斯表述.
1.开尔文表述
英国物理学家开尔文(1824~1907),1845年毕业于剑桥大学,1846年受聘为格拉斯哥大学自然哲学教授,长达50余年,1851年被选为英国皇家学会会员,1877年被选为法国科学院院士,1890年至1895年担任皇家学会会长,他对热学和电磁学的发展都作出了重要的贡献.
1851年开尔文在爱丁堡皇家学会会刊上发表了一篇论文,题目是“论热的动力理论”,文章指出:不存在这样一个循环过程,系统从单一热源吸收热量,使之完全变为有用功而不产生其他影响.表述中“单一热源”是指温度均匀且恒定的热源;“其他影响”指除了由单一热源吸热,把吸收的热用来做功以外的任何其他变化.若有其他影响产生时,把由单一热源吸来的热量全部用以对外做功是可能的.自然界任何形式的能都可能转化为热,但热却不能在不产生其他影响的条件下完全转变成其他形式的能.开尔文的论述虽然较克劳修斯晚一年,但他的论述更为明确,使得热力学第二定律的研究更加深入,此外,开尔文还从第二定律断言:能量耗散是普遍趋势.
2.克劳修斯表述 
德国物理学家克劳修斯(1822~1888),曾在柏林大学学习4年,后于1848年毕业于哈雷大学.1850年他任柏林皇家炮工学校物理教授,1855年后他相继任苏黎士维尔茨堡和波恩大学物理教授.他除了建立热力学第二定律,引入态函数——熵,还对气体分子动理论做了较全面的论述,用统计平均的方法导出了理想气体的压强、温度和气体的平均自由程公式.
克劳修斯于1850年在《德国物理学年鉴》上率先发表了《论热的动力及能由此推出的关于热本质的定律》,把卡诺定理作了扬弃而改造成与热力学第一定律并列的热力学第二定律.他提出,热量总是自动地从高温物体传到低温物体,不可能自动地由低温物体向高温物体传递.或者说不可能把热量从低温物体传到高温物体,而不引起其他变化.即在自然条件下,这个转变过程是不可逆的,若想让热传递的方向逆转,则必须消耗功才能实现.
以上两种表述是等效的,说明了热量不可能全部转化为机械功以及这一转化过程的方向性.人们一度曾设想一种能从单一热源吸收热量,使之完全转变成有用的机械功而不产生其他影响的第二类永动机,第二类永动机虽不违背热力学第一定律,但违背热力学第二定律,因而是不可能造成的.第二定律除了以上两种表述外,还有其他不同的表述,例如热效率为100%的热机是不可能制成的;不需要由外加功而可操作致冷的机器是不可能造成的等.第二定律无论采用何种表述,其内容实质相同,不外乎主张不可逆变化的存在.各种表述的实质在于说明一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的.

1年前

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女人煮酒 幼苗

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从低温物体向高温物体传热就要其他物质做工上下两句话说的就是这个意思

1年前

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没有温度的雨 幼苗

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总而言之,就是熵变!看看熵变的公式就很清楚了。

1年前

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