熱力學第二定律破產了嗎?

在開放系統討論熱力學第二定律沒有意義

對於開放系統,熵增和熵減系統比比皆是。我們知道多姿多彩的生物系統是熵減系統,系統熵減是以外界熵增為代價。

但我們往往忽視熵增過程能量的變化,熵增系統是一個開放系統,比如水流,它一去不復返,但它可以開發利用發電,向外界環境不斷放出能量,使外界產生負熵。就象一盞明燈,燃燒了自己,照亮了世界。

由於熵增和熵減同時存在,在這個範圍內,討論熱力學第二定律是沒有意義的。

熱傳遞過程可以對外做功,這部分功可以用於降低外部世界的熵。這已經得到確認。熱能和機械能一樣,可以互相轉化和轉移,宣告熱力學第二定律破產。


【在開放系統討論熱力學第二定律沒有意義】這明明是科學界的共識,而非什麼新觀點好吧,看來題主是連《大學物理》基礎教材就沒看過的人,大放什麼闕辭。


這個「民間科學家」標籤是誰加的?晚餐可以加個雞腿了。


一圖流,不說話。哈哈哈哈


支持題主!

其實在科幻的角度,熱力學第二定律早就失效了,題主可大膽發揮探索精神,期待能夠落地的科幻作品。


@凡偉


原答案里,把孤立系統,寫成了封閉系統,這個的確不對,我寫的時候沒太注意,下面已經改過來了。

--------------原答案-------

不是應該先找到一個近似孤立的系統,然後討論總熵的變化嗎?

以水利發電為例,(其實這個例子很不好,後面會解釋)。我們應該選取整個太陽係為一個近似孤立的系統,首先,太陽幾乎是地球上最主要的供能者。當水從高處流往低處以後,由於太陽的照射而蒸發等等,變成雲,最後下成雨,再次匯聚在高處。從而達成一個循環。這也是為什麼,我們考慮熵變化的時候,必須要把太陽考慮進去。熱力學第二定律其實只告訴我們,對於太陽系這個近似孤立的系統,它的總熵是在增加的。原因是,無外力干涉的情況下,太陽系的最終結局是達到某種熱平衡態,或者說太陽最終爆炸,太陽系毀滅,所有的一切都變成宇宙顆粒。從這個意義上來說,太陽不停的發光發熱,就是在不斷的趨近於最後毀滅的狀態,也就是熵一直在增加。

同時,對於一個孤立系統內部,熱力學第二定律是允許局域的熵減的。所以,如果你單純的看水力發電這個現象的話,好像在這個小區域里熵是減少的。

題主選的這些例子其實並不好,因為需要考慮的東西太多。其實,如果我沒記錯的話,熱統教科書里有個很簡單很清楚的例子。就是對某種液體加熱(我忘了,可能就是水,或者別的),當達成一定條件時,該液體會自發的在表面形成一層六邊形的網格結構,也就是達到一種高度有序的狀態。然後,分析這個例子,首先,單純的液體不是一個孤立系統,液體吸收外界的能量,所以可以形成有序的狀態;但是如果我們考慮這個液體+加熱的系統一起,則總熵肯定是在增加的。順便提一句,這個局域有序的排列,好像是叫做自組織結構(?可能不對,多年前看過,早就不記得細節了。。。),是研究混沌等等需要了解的。


據說破產了

在起點,這玩意早不存在了


為啥邀請我?

首先要從基本講起,熱力學第二定律其實就是熵增原理。這裡的熵增不是說系統的熵增或者熵減,而是系統變化過程中是否有不可逆熵的增加。

比如熱傳熱過程,有些是可逆的,比如說100度的水沸騰產生100度的蒸汽,利用蒸汽將熱傳遞到其他地方,散熱後變成100度的液態水,這個過程在水系統中是可逆的。不可逆傳熱,比如說溫差傳熱,在一個絕熱盒子里有兩個空間,中間被傳熱板隔開,左邊空間的氣體溫度高於右邊,熱量從左傳入右邊,最後達到溫度平衡,左邊的平均溫度高於右邊,但是傳熱量是一致的,所以左邊的熵減小於右邊的熵增,整個盒子是熵增的,整個盒子絕熱,所以沒有熱量傳入也沒有對外做功,盒子熵增為不可逆熵。但是用熱能做了功,就可能會產生不可逆熵,因為有些做功推動了機械,而機械有摩擦,摩擦產生的熱會產生不可逆熵。

然後再說說真空下的單擺系統,也就是繩懸掛重物的單擺,在擺動過程中繩與天花板的接觸點會產生來複形變,繩子材料在變形過程中會將擺動的能量吸收變成形變能,存儲在材料之中,但是形變並不是精準的彈性,而是有些許的差距。在繩子來複變形的過程中,非彈性的形變會將形變能轉換成熱能,在真空中沒有物質對流,所以熱能只能以熱輻射的形式向外流失。真空中的單擺也就會慢慢停止。在整個系統中沒有對外做功的過程,初始和結束系統的熵不變,所以系統的熵變是零,但是有傳熱熵減的過程,傳熱產生的熵為負,所以不可逆熵加上傳熱的熵等於零,也就是說系統初始的機械能全部轉化成了熱能,但是反過來以相等能量加熱單擺並不能再次讓單擺擺動起來。不可逆熵增依然大於零。

這裡再說說封閉系統,也就是孤立系統,不同語言翻譯不同。封閉絕熱系統在自然界中是不存在,但是可以人為的劃定一個控制空間,這個空間是開放的,通過平衡這個空間的物質和能量的流動來研究計算出不可逆熵。當物質流為零的時候此系統是封閉系統,自然界雖然沒有封閉系統,但是人為的可以做到無限接近,比如自然的輻射等可以忽略不計。

而熱力學第二定律就是說系統過程產生的不可逆熵必定大於或者等於零,比如說單一絕熱熱源,利用這個熱做了功,它的系統內熵變是負,但是沒有傳熱,所以不可逆熵為負,這就違反熱力二定律,也就不存在。

熱力學第二定律並不僅僅是一句描述,而是有公式,也就是系統的熵變率等於系統的輸入熵流減輸出熵流加系統傳入熱量流產生的熵流減去傳出熱量失去的熵流再加上不可逆熵流。一個平衡系統即便熵變率為零,但是不可逆熵流一定大於或者等於零。

這個公式廣泛應用在各種工程中,包括物理過程和化學過程。只要不可逆熵不為負,那麼過程或者化學反應就能夠自發的進行。

一個巨大的無比複雜的系統是由若干子系統構成的,而最基本的子系統就是熵平衡系統。

最後再說說什麼是熵,熵就是衡量不能做功的能量的一種量,也能用來描述系統的無序性,但是熵低不代表系統能量就高,熵高也不代表系統的能量低。

除了熱力學熵外還有信息熵,之所以都叫熵,因為它們都建立在統計力學的基礎之上,更深的知識就得去學量子統計力學了,在微觀世界熵也是很重要的。

所以並不是你說推翻就推翻,系統從無序變為有序,從有序變為無序都是一種因果過程,而熱力二定律其實就是在表述在宏觀狀態下無因之果的過程不能存在,比如說單一熱源做功,做功是果,吸熱和減壓是因,不吸熱不減壓的是剛體,拉伸剛體也就無法做功。然而剛體不存在。但是在量子層面因果律可以被顛倒,但是背後的具體機制還沒有被完全掌握,要說熱力學第二定律破產,為時尚早。


所以,我們到底該怎麼把這個問題的《物理學》和《熱力學》等畫風不符的標籤去掉,換上《民間科學家》這個畫風正確的標籤?


請不要打上自然科學,物理學的標籤。這是對所有學過本科基礎物理學的侮辱!!


蟹妖。這些都已經是早些年我們玩過的話題了。早就預言了即使我們不提,將來越來越多的學過來的人還會反覆提。

本來就是繞不過去的矛盾。偏偏有幫自以為懂的站在威懾的角度,好像別人提了就是偽科學了。

主流的觀點愛倒向那邊就倒向哪邊。

咱們已經不害怕熱二律翻案或不翻案。已經不玩熱二律辯論很多年。就算翻案了,也是那些埋頭做的人的功勞。


"對於開放系統","破產"。對不起不想要什麼友善度了,能不能稍微看點最基礎的物理常識再來提問啊?

dSiso>0,iso=isolated system,孤立系!孤立系!孤立系!


熱力學第二定律早就從很多領域撤離了,因為它的很多拓展表述被找出了一個又一個的反例。但如果要它「破產」,必須打倒它最基本的表述,例如證偽「不可能從單一熱源取熱使之完全轉換為有用的功而不產生其他影響」。如果在這個層面不要求完全轉換,那是符合熱力學第二定律的。海水溫差發電機早就在現實中發電了,只是轉換率很低,不是單一熱源,還產生了其他影響,跟假想的「從海水吸取熱的第二類永動機」不是一回事。

由於目前不能證偽這個基本表述,對題目的回答是熱力學第二定律沒有破產。但熱寂說之類過分擴大熱力學第二定律適用範圍的理論早就破產了。

在一些地方有許多自稱第二類永動機的「理論模型」甚至「現實成果」,但它們通常不是熱功轉換、利用的是其他影響而且不計轉換效率,不是第二類永動機。

要看反例的話,是有對熱力學第二定律的一些不嚴謹推論的反例,那些推論自己都往往沒限制是孤立系統,結果被各種不平衡的系統拿來反例。熱力學第二定律的經典表述並沒有反例。https://pan.baidu.com/s/1o8tARhC 這裡面列舉了一些。


瀉藥,但不知道為啥邀請我,我是學物理的,又不是搞寫作的。這種啥啥定律破產的題目明顯不歸物理管。


這樣一個重大成果應該即刻成文投稿到ns。祝順利!


熱二定律是針對孤立系統的,你討論開放系統的熵增熵減跟它沒關係。

自然界自發熵減的事兒多了,比如氣體凝結、液體凝固,都是自發熵減的事兒,可是熵減的同時,一定意味著同一個系統的其他物質熵增,對於上述兩種現象,就是放熱,通過熱輻射、熱傳遞,整個系統的熵還是增加的。

的確,可以通過熱傳遞做功,並使系統的一部分熵減,但是熱傳遞的過程,一定會使原本低溫的部分熵增,而對整個系統,總熵必然是不會減少的。

還有「熱能和機械能一樣,可以互相轉化和轉移」沒問題,熱力學三大定律都沒有否定他。

問題是,內能不能全部轉化為機械能,而不產生其他影響。

熱機效率不能超過卡諾循環極限就是這個定律的推論。

大學物理和大學化學都會講這些的,少說話,多讀書。


一行有一行的規矩。你既然要表達自己的科學發現,就要按科學研究表達的規矩來吧。你找本物理化學課本看看人家是怎麼推斷論述證明熱力學第二定律的,憑什麼讓別人看你無實驗驗證、表達亂七八糟的結論,憑你腦洞大?


瀉藥。我不懂,但科學家依舊會用那他就不破產吧。


樓主,只要你把劃定系統邊界的權利握在手裡,四大定律都可以被你弄破產。加油,哈哈哈。


沒破產。你需要重新學習熱二。


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