|
热力学第2定律的错误的细致描述
缪波 前段时间我发表关于液体热力学循环熵变的文章（参见附录），引起更多的共鸣，因为很形象。我们如果换一种方式论述，得到的结果会更加清楚。 这里包含了一个问题，我们忽视了固体和液体温度变化导致体积变化，这包含做工的成分，透过热力学第1定律，会影响dQ和dS，如果一定要固体、液体循环熵为0，必须它们满足一定热工特性。 ********************* 液体和固体在受压的时候（弹性阶段），外界的做工是完全转化为体系的内能（弹性能），转化为分子热的部分是极小的，否则压力和体积变化不能保持可逆的线形关系。 这样在温度不变情况下，液体和固体在弹性受压阶段，由热力学第1定律得 dE=-P*dV+dQ=-P*dV+0=-P*dV dE/dV=-P 而对于理想气体 dE/dV=0 这是物质具体的热工属性。 ******************************* 前面是通过熵的循环积分得到问题的存在，可以通过格林公式转化为微分形式，（这个结果在热力学的课本上已经存在） 根据热力学第1定律：dE=-P*dV+dQ得 dS=dQ/T=（P/T）dV+dE/T =P/TdV+（dE/dT）/T*dT+（dE/dV）/T*dV=Xv*dV+Xt*dT Xv=（P/T+（dE/dV）/T） Xt=（dE/dT）/T 如果要满足dS的积分循环为0，就必须满足格林公式， dXv/dT-dXt/dV=0 这样得到 dXv/dT=（dP/dT）/T -P/（T*T）+（ddE/dVdT）/T-（dE/dV）/（TT） dXt/dV==（ddE/dTdV）/T 注：ddE/dTdV表示先后对E进行T和V的求导。这样得出 （dP/dT）/T -P/（T*T）-（dE/dV）/（TT）=0 dE/dV= （dP/dT）*T -P-------（2） 我以上的推导大家可以提出意见。 对于理想气体，左边=0，右边两项相等，最后=0，左右相等。没有任何物理意义 对于固体（我们让它始终处于弹性压缩状态，可以看作一种特殊的气体，dE/dV=-P，温度会可以导致体积变化，对压强产生影响。这样 左边=-P 右边=-P+（dP/dT）*T 左边不等于右边。 即固体的热属性不满足热力学第2定律， 附录： 液体的第2类型永动机 缪波 如果我们让一个体系做一个热力学的循环，熵的变化不等于0，则热力学第2定律是错误的。第2类型的永动机存在 ****** 液体温度升降的熵变 设计这样的体系：一个球形玻璃容器内部装有水银，容器的顶部竖直向上插有一个玻璃管。 1、开始体系温度为20度， 2、体系温度由20度上升到30度，水银可以进入玻璃管一段长度，水银的重力势能增加，这部分能量来自于外界的加热，这样体系吸收的热量Q1会多西。 3，把体系绕球形玻璃容器中心转动，使玻璃管水平，那一小段水银的重力势能对外输出功W1。 4、体系从30度降为20度，水银全部回到球形容器内部，相比于第2步，体系释放的热能Q2小于Q1 5、转动体系，玻璃管竖直向上。 前后玻璃管的势能变化是相等的。 体系开始和最终是内能相等的 DU=DQ1-DQ2-W1=0-----> DQ1>DQ2 DS=dQ1/T-dQ2/T 积分出来，DS不等于0， 熵和热力学第2定律是失效的。 ************************* 如果热力学循环的dS=dQ/T，积分不为0，熵的状态意义不存在。熵的意义不存在，热力学第2定律还有什么价值。 这是液体的热工的特性所决定的， 所以有了热力学第2定律，论述第2类型永动机更加方便了 |