杜識(shí)博的課程論文

《杜識(shí)博的課程論文》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。

1、大慶師范學(xué)院物理與電氣信息工程系課程論文（設(shè)計(jì)）熱力學(xué)第二定律的研究杜識(shí)博（大慶師范學(xué)院物理與電氣信息工程學(xué)院，2008級(jí)物理教育班黑龍江大慶163712）摘要：熱力學(xué)第二定律是描述熱量的傳遞方向的：分子有規(guī)則運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能可以完全轉(zhuǎn)化為分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的熱能；熱能卻不能完全轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。此定律的一種常用的表達(dá)方式是，每一個(gè)自發(fā)的物理或化學(xué)過程總是向著熵（entropy）增高的方向發(fā)展。熵是一種不能轉(zhuǎn)化為功的熱能。熵的改變量等于熱量的改變量除以絕對(duì)溫度。高、低溫度各自集中時(shí)，熵值很低；溫度均勻擴(kuò)散時(shí)，熵值增高。物體

2、有秩序時(shí)，熵值低；物體無序時(shí)，熵值便增高?，F(xiàn)在整個(gè)宇宙正在由有序趨于無序，由有規(guī)則趨于無規(guī)則，宇宙間熵的總量在增加。為什么還要證明這樣顯而易見的結(jié)論呢?因?yàn)殪卦黾釉硎歉鶕?jù)克勞修斯不等式及狀態(tài)函數(shù)關(guān)鍵詞：熱力學(xué)第二定律能量轉(zhuǎn)化和守恒定律熵的應(yīng)用在統(tǒng)計(jì)學(xué)中的應(yīng)用凝聚態(tài)物質(zhì)的變溫過程作者簡介：杜識(shí)博（1988--），男，黑龍江省黑河爾市人，大慶師范學(xué)院物電學(xué)院學(xué)生，某人這樣跟我說過:所謂的"能量轉(zhuǎn)化有方向性"或者"熵增加原理",意思都是說所有能量都在向內(nèi)能轉(zhuǎn)化,內(nèi)能無法完全轉(zhuǎn)化成其他形式的能量.實(shí)際上所有內(nèi)能都在源

3、源不斷地通過黑體輻射轉(zhuǎn)化成輻射能(或者電磁能),而電磁能的載體電磁波在我們生活中早已被普遍應(yīng)用(如微波爐衛(wèi)星手機(jī)雷達(dá)光纖幾百年前熱力學(xué)第二定律剛被提出時(shí),麥克斯韋對(duì)它疑慮重重,這并非無稽之談,有這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)可以證明：在盛有液體的容器中放入一懸浮微粒,做類似布朗運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)的布置,只不過懸浮微粒內(nèi)要加入金屬成分。再在容器的上下方向固定永磁體。這樣,由于含金屬微粒的布朗運(yùn)動(dòng),引進(jìn)微粒內(nèi)部電荷移動(dòng)的變化,會(huì)激發(fā)電磁波。而電磁波能量的唯一來源只能是水分子熱運(yùn)動(dòng)的內(nèi)能。這個(gè)實(shí)驗(yàn)我沒有做過,不過它的最終結(jié)果只有兩種可能:一、觀

4、測不到電磁波,這等于否定麥克斯韋的電磁理論；二、觀測到了,這樣的結(jié)果皆大歡喜,使海水降溫1度或獲得能量可以成為現(xiàn)實(shí)了,雖然它否定了熱力學(xué)第二定律,可是任何人都愿意接受。不知道大家有沒有注意到黑體輻射的能量轉(zhuǎn)化方向,是內(nèi)能自發(fā)向電磁能轉(zhuǎn)化,這與熱力學(xué)第二定律的說法：“一切能量有轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的趨勢”相反。從這個(gè)方面可以看出,上面的實(shí)驗(yàn)并非是電磁場理論的問題,而是熱力學(xué)第二定律的問題。產(chǎn)生熱力學(xué)第二定律這樣的誤區(qū)的原因可能是這樣:幾百年前人類科技水平不高。人們發(fā)現(xiàn)能量一旦轉(zhuǎn)化為熱之后就很難再利用。還有一個(gè)影響人們心理因

5、素的背景：人們居住的地方的氣候幾乎不變,逃逸掉的能量對(duì)氣候幾乎沒有影響?？墒请S著能源消耗的飛速增加,已經(jīng)導(dǎo)致了全球氣候變大慶師范學(xué)院物理與電氣信息工程系課程論文（設(shè)計(jì)）暖。如果地球處于離太陽很遠(yuǎn)的地方,那么我們所住的不會(huì)是恒溫20度左右。我們的星球表面會(huì)象冥王星表面一樣冷。因?yàn)橛刑柗€(wěn)定地向地球輸送能量,地球上某些地方才能夠保持300K的能量收支平衡。1熱力學(xué)第二定律建立的歷史過程1.1歷史過程的階段19世紀(jì)初瓦特,卡諾的卡諾定理，克勞修斯的熱動(dòng)說。1.1.119世紀(jì)瓦特19世紀(jì)初，巴本、紐可門等發(fā)明的蒸汽機(jī)經(jīng)

6、過許多人特別是瓦特的重大改進(jìn)，已廣泛應(yīng)用于工廠、礦山、交通運(yùn)輸，但當(dāng)時(shí)人們對(duì)蒸汽機(jī)的理論研究還是非常缺乏的。熱力學(xué)第二定律就是在研究如何提高熱機(jī)效率問題的推動(dòng)下，逐步被發(fā)現(xiàn)的，并用于解決與熱現(xiàn)象有關(guān)的過程進(jìn)行方向的問題。1.1.2卡諾的卡諾定理1824年，法國陸軍工程師卡諾在他發(fā)表的論文“論火的動(dòng)力”中提出了著名的“卡諾定理”，找到了提高熱機(jī)效率的根本途徑。但卡諾在當(dāng)時(shí)是采用“熱質(zhì)說”的錯(cuò)誤觀點(diǎn)來研究問題的。從1840年到1847年間，在邁爾、焦耳、亥姆霍茲等人的努力下，熱力學(xué)第一定律以及更普遍的能量守恒定律建

7、立起來了?！盁釀?dòng)說”的正確觀點(diǎn)也普遍為人們所接受。1848年，開爾文爵士(威廉·湯姆生)根據(jù)卡諾定理，建立了熱力學(xué)溫標(biāo)(絕對(duì)溫標(biāo))。它完全不依賴于任何特殊物質(zhì)的物理特性，從理論上解決了各種經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)不相一致的缺點(diǎn)。這些為熱力學(xué)第二定律的建立準(zhǔn)備了條件。1.1.3克勞修斯的熱動(dòng)說1850年，克勞修斯從“熱動(dòng)說”出發(fā)重新審查了卡諾的工作，考慮到熱傳導(dǎo)總是自發(fā)地將熱量從高溫物體傳給低溫物體這一事實(shí)，得出了熱力學(xué)第二定律的初次表述。后來歷經(jīng)多次簡練和修改，逐漸演變?yōu)楝F(xiàn)行物理教科書中公認(rèn)的“克勞修斯表述”。與此同時(shí)，開爾文

8、也獨(dú)立地從卡諾的工作中得出了熱力學(xué)第二定律的另一種表述，后來演變?yōu)楦珶挼默F(xiàn)行物理教科書中公認(rèn)的“開爾文表述”。上述對(duì)熱力學(xué)第二定律的兩種表述是等價(jià)的，由一種表述的正確性完全可以推導(dǎo)出另一種表述的正確性。1.2熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)1.2.1可逆和不可逆過程一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)，從某一狀態(tài)出發(fā)，經(jīng)過某一過程達(dá)到另一狀態(tài)。若存在另一過大慶師范學(xué)院物理與電氣信息工程系課程論文（設(shè)計(jì)）程，能使系統(tǒng)與