熱力學(xué)三大定律與熵

DYR081二氧化碳P-V-T關(guān)系儀
DYR009飽和蒸汽P-T關(guān)系實(shí)驗(yàn)儀
DYR131氣體定壓比熱測(cè)定儀/理想氣體定律測(cè)定儀
DYR005比熱容測(cè)量?jī)x/絕熱膨脹法測(cè)定空氣的比熱容比

第1定律：能量是守恒的，可以互相轉(zhuǎn)化（比如機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能），而不會(huì)消失。
第2定律：然能量可以轉(zhuǎn)化，但是無(wú)法100%利用。在轉(zhuǎn)化過(guò)程中，總是有一部分能量會(huì)被浪費(fèi)掉。成公式就是：能量的總和 = 有效能量 + 無(wú)效能量；

“有效能量”指的是，可以被利用的能量；”無(wú)效能量”指的是，無(wú)法再利用的能量，又稱為熵。所以，熵就是系統(tǒng)中的無(wú)效能量。

考慮到宇宙的能量總和是一個(gè)常量，而每一次能量轉(zhuǎn)化，必然有一部分”有效能量”變成”無(wú)效能量”（即”熵”），因此不難推論，有效能量越來(lái)越少，無(wú)效能量越來(lái)越多。直到有一天，所有的有效能量都變成無(wú)效能量，那時(shí)將不再有任何能量轉(zhuǎn)化，這就叫宇宙的”熱寂”（Heat Death）。所以，熱力學(xué)第二定律的一個(gè)重要推論就是：熵永遠(yuǎn)在增加。

永動(dòng)機(jī)：

不消耗能量而能永遠(yuǎn)對(duì)外做功的機(jī)器，它違反了能量守恒定律，故稱為“第1類永動(dòng)機(jī)”。 
在沒(méi)有溫度差的情況下，從自然界中的海水或空氣中不斷吸取熱量而使之連續(xù)地轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的機(jī)器，它違反了熱力學(xué)第2定律，故稱為“第二類永動(dòng)機(jī)”
2. 為什么會(huì)出現(xiàn)熵？
熱力學(xué)第2定律只是定義了”熵”，沒(méi)有解釋”熵”的產(chǎn)生原因：為什么總是有一部分能量無(wú)法再利用？

1877年，奧地利物理學(xué)家玻爾茲曼（Ludwig Boltzmann）對(duì)”熵”做出了令人信服的解釋。

他認(rèn)為，任何粒子的常態(tài)都是隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，也就是”無(wú)序運(yùn)動(dòng)”，如果讓粒子呈現(xiàn)”有序化”，必須耗費(fèi)能量。所以，能量可以被看作”有序化”的一種度量。熱力學(xué)第2定律實(shí)際上是說(shuō)，當(dāng)一種形式的”有序化”轉(zhuǎn)化為另一種形式的”有序化”，必然伴隨產(chǎn)生某種”無(wú)序化”。一旦能量以”無(wú)序化”的形式存在，就無(wú)法再利用了，除非從外界輸入新的能量，讓無(wú)序狀態(tài)重新變成有序狀態(tài)。

“熵”就是”無(wú)序化”的度量。考慮到”無(wú)序化”代表著混亂（實(shí)質(zhì)是隨機(jī)運(yùn)動(dòng)），可以得到三個(gè)重要結(jié)論：

結(jié)論1：如果沒(méi)有外部能量輸入，封閉系統(tǒng)趨向越來(lái)越混亂（熵越來(lái)越大）。比如，如果房間無(wú)人打掃，不可能越來(lái)越干凈（有序化），只可能越來(lái)越亂（無(wú)序化）。

結(jié)論2：如果要讓一個(gè)系統(tǒng)變得更有序，必須有外部能量的輸入。

結(jié)論3：當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)（或部分）變得更加有序，必然有另一個(gè)系統(tǒng)（或部分）變得更加無(wú)序，而且”無(wú)序”的增加程度將超過(guò)”有序”的增加程度。、

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