作者: 王季陶

 

热力学的英文名称是Thermodynamics, 它是指一门19世纪的新兴学科所用的名称, 一直沿用至今. 最初它中间还带有短横, 是Thermo-dynamics. 它是取之于希腊文θέρμη中的“热(thermo)”, 和δύναμιςdynamis中的“功”两部分所组成. 虽然我们现在把它翻译成“热力学”, 实际上它的当时真正含意是指专门研究 “热(‘thermo’ or ‘heat’)”和 “功(‘motive power’ or ‘work’)”以及它们之间相互转换的学科. 而现在热力学应该是指专门研究能量和能量转换的学科. 千万不要把这个英文字按照目前的汉英字典翻译成“热”和“动力学”. 以下是一段英文维基百科的原文, 供参考.

The etymology of thermodynamics has an intricate history.^[38] It was first spelled in a hyphenated form as an adjective (thermo-dynamic) and from 1854 to 1868 as the noun thermo-dynamics to represent the science of generalized heat engines.^[38]

The components of the word thermodynamics are derived from the Greek words θέρμηtherme, meaning heat, and δύναμιςdynamis, meaning power.^[39][40][41]

Pierre Perrot claims that the term thermodynamics was coined by James Joule in 1858 to designate the science of relations between heat and power.^[17] Joule, however, never used that term, but used instead the term perfect thermo-dynamic engine in reference to Thomson’s 1849^[42] phraseology.^[38]

By 1858, thermo-dynamics, as a functional term, was used in William Thomson's paper An Account of Carnot's Theory of the Motive Power of Heat.^[42]

由此可见在热力学学科中“热(heat)”和“功(work)”这两个最基本概念的重要性! 可是张树凤, 你把这两个热力学中最重要的基本概念完全混淆了. 按照热力学第一定律, 即能量守恒定律, “热(heat)”和“功(work)”都是能量的表现形式, 它们之间可以进行等当量的变换, 因此你把“热量Q₁”换成“功W₁”, 或者把“热量Q₂”换成“功W₂”, 数值上两者的差别似乎不大. 但是根据热力学第二定律, “热”和“功”是两种完全不同品位的能量表现形式, 千万不能混淆的. 例如根据开尔文的热力学第二定律表述: 不可能从单一热源取热并使热完全转变为功而不产生其他变化. 说得更通俗一些, 在摩擦生热的过程中, “功”可以不受限制地转变成“热”, 而要把“热”不受限制地转变成“功”是不可能的. “热(heat)”和“功(work)”两个最基本概念在热力学中是千万不能混淆的!

众所周知, 卡诺的功绩就在于: 把一个可能是很庞大的蒸汽机(一种热机heat engine), 科学地抽象为卡诺循环和卡诺热机, 见图1.

图1.

由此得到了著名的卡诺定理: “所有工作在同温热源与同温冷源之间的热机, 可逆热机的效率为最大.  h = W/Q₁”. 或者说: “所有工作在同温热源与同温冷源之间的可逆热机, 其效率一定相等.” 而且一切可逆热机的效率仅仅和高温热源, 低温热源的两个温度有关. 卡诺定理的结论是对任何热机(也包括Stirling热机)普遍适用的.

还可以把任意循环或任何热机(也包括Stirling热机)更进一步简化为图2.

 

图2.

 

非常简单明了. 其中“热机”就是指蒸汽机的热功转换的机械部分, “高温热源”就是指烧煤的蒸汽锅炉部分, “低温热源”就是指冷凝水箱或环境冷却部分. 因此热机的效率h一定是蒸汽机对外所作的功和从蒸汽锅炉取得的热量Q₁之比, 即h = W/Q₁. 实际上就是指烧煤的效率, 烧1吨同样品位的煤能够作多少功. 研究的意义和目的非常明确.

而现在张树凤, 你把热力学中“热(heat)”和“功(work)” 两个最基本概念完全混淆起来, 把“高温热源”和“低温热源”, 混称为“外部世界( ‘the external world’ or ‘the outside world’)”. 请问一旦失去了“高温热源”和“低温热源”的差别, 能够对外作功的“热机”只能是不可能得到的永动机, 而不是Stirling热机.

张树凤, 你再用“功(work)” “W₁”来替换“从蒸汽锅炉取得的热Q₁”, 于是你就把热机的效率h “重新定义(redefine)”为“h = W/W₁”. 请问, 有什么人看见过烧“功(work)”的火车吗?

这样你就把“热机”变成了“公鸡(功机)”, 它还能“生蛋”吗?

对不起, 最后一句话是开玩笑的. 请不要介意!

顺致问候

                                                                                                 王季陶 2013-7-20

 

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