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和张学文老师共同学习经典热力学
热度 2 jitaowang 2013-7-29 06:51
张学文老师写了一篇博文 “ 请教物理学学者:自发的凝结现象可以导致温度上升吗? ” 并在我的博文 “ 张树凤, 在热力学中千万不能混淆“热”和“功”两个最基本概念 ” 后面留下类似的提问如下列出. 我不是学物理出身的, 但是对热力学感兴趣. 知道这是一个简单体系的单一相变过程属于经典热力学的范畴, 因此借此机会和张老师一同学习经典热力学. 删除 回复 张学文 2013-7-20 10:09 王教授好! 借此平台,希望知道您对如下的愚问提出看法? 请教物理学学者:自发的凝结现象可以导致温度上升吗?张学文, 2013/7/15 两公斤的 10 度的水不会自发变成 9 度和 11 度的水各 1 公斤,这固然没有违反热力学第一定律但是却违反了其第二定律。我的问题是自发进行的凝结过程是否可以使自身或者环境(如空气)的温度升高?这没有违反热力学第二定律?就我所知,一些气象文章中经常提到空中水蒸气的凝结放热加热了大气,我对这个提法感到担心。 本文引用地址: http://blog.sciencenet.cn/blog-2024-708310.html 张学文 博主回复 (2013-7-20 11:01) : 假定有一桶和外界绝热的均匀零下 10 度的水 ( 水的表面上有零下 10 度的空气 ), 如果出现自发凝结 , 就会发生一系列的变化 : 1. 开始时 , 有固体的冰 (0 度到零下 10 度 ) 出现并且漂浮在水 (0 度到零下 10 度 ) 的表面 . 这时总体上 , 这桶水 ( 包括水表面以上的空气 ) 的温度开始升高 ! 2. 在表面的冰不断增加时 , 冰和水 ( 包括水表面以上的空气 ) 的温度也不断地升高 , 当水温达到 0 度时 , 冰就不再增加 , 温度也固定不变 . 水表面以上的空气也是 0 度 . 3. 对水表面以上的空气 ( 或大气 ) 来说 , 确实因为水的凝结而温度升高了 . 我对气象学不很了解 . 但是深秋季节凌晨可能是 2-3 点时 , 地表温度不断下降 , 但是一旦出现雾气 , 就不再降温或降温变慢这可能是真实的 . 我对张老师博文标题问题的回复是肯定的 “Yes, 自发的凝结现象可以导致温度上升”. “自发的凝结现象”应该是指发生在过冷蒸汽(例如,摄氏95度的纯水蒸气凝结), 过饱和蒸汽(例如, 清晨出现过冷结雾的片刻)和过冷液体(例如,摄氏 -5度的液体水凝结)的情况等. 后来进一步在张老师博文后面留下以下的表述: 王季陶 2013-7-24 15:18 --- 如果您有热力学计算软件 , 一定可以定量计算 . 最初的 " 一公斤和外界绝热的均匀零下 10 度的水 " 是非平衡态 , 最终的 " 一公斤绝热 0 度的冰水混合物 " 是平衡态 . 因为是绝热体系的自发过程 , 总熵一定是增加的 . 注意 : 水变冰的相变要看条件 , 等温等压下 , 要用吉布斯函数 G 的变化值作判据 . 在 0 度和 1 个大气压时 , Delta G 等于零 ; 在 0 度以下和 1 个大气压时 , Delta G 小于零 , 可以自发进行 ; 在 0 度以上和 1 个大气压时 . Delta G 大于零 , 不可以自发进行 . 严格说 , 在 0 度和 1 个大气压时 , 水变冰的吉布斯函数的变花为 0! 而熵变并不等于 0. 对吗 ? . 博主回复 (2013-7-24 17:26) : 谢谢。容我学习。 为了得到更可靠的答案, 我从 傅献彩:物理化学,第4版p.129 查 到水蒸气等温等压凝结成液态水的内容和具体数值如下(摘录并给予注释, 不是原文): ==== 整个变化在标准压强 p 0 和 373.2K 温度下可逆进行 ( 即 可等温等压的可逆过程 , 不是可逆过程就无法定量计算 ), 已知在 p 0 和 373.2K 时 , 水的蒸发热是 2258.1kJ/kg, 水的分子量 18.02. 于是得到以下 答案 : 在 p 0 和 373.2K 时 ,1mol 水蒸气等温等压凝结成液态水时 , a). 体系对外界作功 W = p D V = p = − RT == − 8.314 х 373.2 = − 3103 J/mol b). 吸收的热量 Q = D H = − 2258.1 х 18.02 = − 40691 J/mol c). 内能变化 D U = D H − p D V = − 40691 + 3103 = − 37588 J/mol d). 吉布斯函数变化 D G = ∫ V d p = 0 e). 自由能变化 D F = − W = 3103 J/mol f). 熵增 D S = Q R / T = − 40691 / 373.2 = − 109.0 J/K∙mol ==== 由此可见, 等温等压过程的热力学判据是吉布斯函数变化值 D G . 如果 D G 0, 则能够自发进行 ; 如果 D G 0, 则不可能自发进行 ; 而如果 D G = 0, 则达到平衡 , 或者是可逆过程 . 此外从王竹溪, 热力学, 1955, p. 128-129, p. 153, 知道: 非常强调熵增原理仅仅适用于绝热过程和孤立系统. 一定要注意 : 不要用熵增 D S 来讨论等温等压的大气变化 . 如果还是想提到 “ 熵 ”, 就必须采用 “ 熵产生 D i S ” 的概念 ! 因为在等温等压条件下 , D G = − T D i S . 供参考和讨论 .
个人分类: 现代热力学|4240 次阅读|4 个评论
【科普】热力学第二定律: 4. 一句话的熵产生原理
热度 2 jitaowang 2012-10-21 13:27
作者 : 王季陶 我们知道热力学第二定律熵增原理 : ( 孤立系统或绝热过程的熵增不可能为负 ) 及其数学表达式 : d S ≥ 0. (1) 熵增原理只能适用于孤立系统或绝热过程 . 那末对非孤立系统或非绝热过程应该怎么办 ? 很简单 , 只需要选择以下两种说法中一句话的熵产生原理 . 1. 第一种说法 : 把系统熵增 ( d S ) 和环境熵增 ( d S surr ) 加在一起 , 不就是成为了大孤立系统或绝热过程的熵增 , 称之为熵产生 ( d i S = d S + d S surr ), 它不可能为负 , 于是就得到熵产生原理 : ( 任何系统的熵产生不可能为负 ) 及其数学表达式 : d i S ≥ 0. (2) 2. 第二种说法 : 把系统的熵增 ( d S ) 分成两部分 : 由于 物质和能量交换引起的熵增部分 , 称为熵流 ( d e S ); 而由于 内部不可逆过程引起的熵增部分 , 称为熵产生 ( d i S ); 即 d S = d i S + d e S . 于是熵流是 可正可负 , 而熵产生不可能为负 , 就 得到热力学第二定律的熵产生原理 : ( 任何系统的熵产生不可能为负 ) 及其数学表达式 : d i S ≥ 0. (2) 两句话等价及计算方法 环境的熵增可以被认为是从系统和环境在能量或物质交换时流出来的环境熵增 , 即熵流等于负的环境熵增 : d e S = − d S surr (3) 因此以上两种说法实际上是相同的 , 既可以写成 : d i S = d S + d S surr (4) 也可以写成 : d S = d i S + d e S . (5) 两 种不同的熵产生说法 , 在计算时所用的方法也完全相同 , 都可以任意选择使用 (4) 式或 (5) 式 . 实际上通常都采用 (4) 式 , 即 熵产生 (d i S ) = 系统熵增 (d S ) + 环境熵增 (d S surr ) . 由此可见 , 以上列举的 “ 熵产生 ” 两种说法 , 本质上是完全相同的 . 必须注意: 用热力学参数讨论任何非平衡态时 , 一定包含了局域平衡近似 . 在使用熵增原理和熵产生原理时也没有例外 . 小结 熵产生原理的正确性毫无问题 , 实际上就是熵增原理的正确扩展 . 以上两种 “ 熵产生 ” 说法本质上完全相同 . 计算方法更是完全相同 . 但是目前国内的热力学教科书因为前一种说法非常容易理解一带而过 , 不提熵产生 ; 而把后一种说法 , 归纳在可教可不教的 “ 非平衡热力学 ” 或 “ 不可逆过程热力学 ” 的附加章节中 . 结果绝大多数学过热力学的人连什么是 “ 熵产生原理 ” 都不知道 ! 甚至有时把熵增原理 (d S ≥ 0) 直接错误地用于开放系统 , 非常遗憾 !
个人分类: 现代热力学|7348 次阅读|5 个评论
公开坦诚地讨论 “永动机”
热度 9 jitaowang 2012-7-14 07:56
个人分类: 现代热力学|6327 次阅读|12 个评论
把熵增原理用于开放的生命体系是谬误!
热度 2 jitaowang 2011-10-14 12:18
不想多说, 做一次"标题党"就可以了! 完全支持科学网编辑部对这类谬论"关禁闭"!
个人分类: 其他|4235 次阅读|24 个评论
勇敢地学习、使用克劳修斯“正、负方向补偿原理”
jitaowang 2010-12-7 08:05
假定现在我们已经知道早在 1865 年克劳修斯的热力学第二定律表述 (黑字是本博主的注) : 第二基础原理 , 在我所给出的形式中 , 断定所有在自然界中的转变可以按一定的方向 , 就是我已经假定是正的方向 , 而不需要补偿地由它们自己进行 (指只有正方向自发过程的简单体系) ; 但是对相反的方向 , 就是负的方向 , 它们就只可能在同时发生的正转变的补偿下进行 (指正、负方向自发过程和非自发过程互相补偿的复杂体系) . 克劳修斯的 补偿 现在常被称为 热力学耦合 。如今, 1865 年克劳修斯的热力学第二定律表述 的数学表达式可以写成: 经典热力学第二定律的判据是: d i S 1 = d i S = 0. 体系的熵产生 d i S 等于内部自发过程熵产生 d i S 1 (对只有自发过程的简单非耦合体系) 现代热力学第二定律的判据是: d i S 1 0, d i S 2 0 d i S = 0. 其中体系的熵产生 d i S 等于内部自发过程熵产生 d i S 1 和非自发过程熵产生 d i S 2 之和, d i S = (d i S 1 + d i S 2 ). (对同时包含自发过程和非自发过程的复杂耦合体系) 针对不熟悉 熵产生 的, 可以翻译成相应的等温等压条件下的形式 经典热力学第二定律的判据是: (d G 1 ) T,p = (d G ) T,p = 0. (对只有自发过程的简单非耦合体系) 现代热力学第二定律的判据是: (d G 1 ) T,p 0, (d G 2 ) T,p 0 (d G ) T,p = 0. 其中体系的吉布斯自由能变化 (d G ) T,p 等于内部自发过程吉布斯自由能变化 (d G 1 ) T,p 和非自发过程吉布斯自由能变化 (d G 1 ) T,p 之和, (d G ) T,p = . (对同时包含自发和非自发过程的复杂耦合体系) 在我们已经了解这一切的情况下,还犹豫什么! 勇敢地学习、使用克劳修斯正、负方向补偿原理! 第一例:非常肯定地说:把熵增原理等同于热力学第二定律一定是错误的, 熵增原理 热力学第二定律 第二例:通常所说的物理过程,如: 1850 年克劳修斯的表述: 不可能把热从低温物体传到高温物体而不引起其他变化 ,或 1851 年开尔文的表述: 不可能从单一热源取热使之完全变为有用的功而不产生其他影响 。都是指克劳修斯的正方向, d i S 1 = d i S = 0 (只有自发过程的简单非耦合体系) ; 完全符合( 1850 年克劳修斯的和 1851 年开尔文的 )热力学第二定律! 而地球上的生物进化、社会发展或技术进步都是克劳修斯的负方向, d i S 2 0 ( 非自发过程 ) ,那么什么是克劳修斯正方向的补偿呢?答案非常明确:就是阳光的退化, d i S 1 0 ( 自发过程 ) ;体系就是 。这就是一个同时包含自发过程和非自发过程的复杂耦合体系,因此该体系的熵产生 d i S = (d i S 1 + d i S 2 )=0 。完全符合( 1865 年克劳修斯的 )热力学第二定律! 注意: 1. 对开放体系完全不能使用熵增原理! 2. 对开放体系完全不能使用负熵等错误术语作为热力学的判据! 3. 正熵产生是任何 体系 的普适热力学判据,但是不能用于复杂体系的单个内部过程! 结论: 1850年克劳修斯的表述或1851年开尔文的表述(它们是等价的),和1865年克劳修斯的表述都是热力学第二定律的组成部分!后者和前二者之间是不等价的,而是互补的! 克劳修斯正、负方向补偿原理可简称为(克劳修斯)补偿原理,或热力学耦合原理!
个人分类: 现代热力学|5538 次阅读|1 个评论
不能自编自造热力学的“熵理论”
jitaowang 2010-12-2 16:21
热力学是一门严谨的学科。 然而就在热力学和相关领域中,可以说是 任意扭曲或自编自造热力学的 热力学第二定律 和熵理论成风,国内外都一样!国外 2005 年 Challenges to the Second Law of Thermodynamics (对热力学第二定律的挑战) (以下简称挑战)一书中就归纳了所谓的 热力学第二定律 和 熵的表达式 各自有 21 种!可能他们还来不及归纳 张启仁 . 热力学第二定律的一个普遍的信息论证明 . 中国科学 G 辑 : 物理学力学天文学, 2008 年第 38 卷第 6 期 , 781~784 (以下简称 热 文)中的 熵定义 : 。当然挑战一书中也不得不承认:这些 所谓的 热力学第二定律 和 熵的表达式 , 它们并非全都等价的 , 也就是说 , 满足了一个式子不一定能满足另一个式子 . 某些形式相互覆盖的 , 而另一些则似乎是完全不同的定律 . 既然如此,就不能允许任意采用某个所谓熵理论来证明真正的热力学第二定律! 热 文并没有能证明文中引入的 熵定义 自身就是克劳修斯的熵。 热 文的 熵定义 可能和 1948 年 Shannon 提出的 信息熵 的定义也不同,而且 Shannon 还把他引入的概念称为信息熵,以表示不同于热力学的熵!而 热 文中完全把 信息熵和热力学的熵混淆起来!这种可能是 第 22 个乃至第 100 个的所谓 熵的表达式 。 这些被扩展提出的这些所谓 熵 不同于目前绝大多数热力学学者的理解 , 至少并非属于热力学学科范围 , 或许可能归属于热力学以外的其他学科 . 为什么到 热 文的 最后突然一下子就变成热力学中的 克劳修斯的熵增原理中的熵呢!这种证明能成立吗! 不同学科之间的类比或借鉴是允许的,但是决不能混淆起来! 请看均已出版的我中英文版现代热力学(Modern Thermodynamics)第一章中,就有以下一段话: ===== 2005 年卡培克 (V. Cpek) 和希汉 (D.P. Sheehan) 所著的 对热力学第二定律的挑战 : 理论和实验 (Challenges to the Second Law of Thermodynamics: Theory and Experiment) 一书就是一个方面的代表 . 该书强调第二定律 一旦建立即放任地繁衍出各种表述形式 ; 它们并非全都等价的 , 也就是说 , 满足了一个式子不一定能满足另一个式子 . 某些形式相互覆盖的 , 而另一些则似乎是完全不同的定律 . (Once established, it settled in and multiplied wantonly; ... . Not all formulations are equivalent, such that to satisfy one is not necessary to satisfy another. Some versions overlap, while others appear to be entirely distinct laws.) 于是 , 卡培克和希汉就把所谓的 热力学第二定律 和 熵的表达式 各自列举了 21 种 . 除了卡诺 (Sadi Carnot) 、开尔文 (Lord Kelvin) 、克劳修斯 (Rudolf Clausius) 、吉布斯 (Josiah Willard Gibbs) 等人的表述或表达式以外 , 他们把波茨曼 (Boltzmann) 的 几率熵 (probability entropy) 和申农 (Shannon) 的 信息熵 (information entropy), 以及用量子力学密度函数来定义的 熵 (entropy) 等都混为一谈 . 他们所列举的清单上也包含了克劳修斯的 宇宙基本定律 (fundamental laws of the universe). 在这样的混淆中 , 卡培克和希汉就推出了他们各自的 量子挑战 (quantum challenges) 和 重力挑战 (gravitational challenges). 当然 , 被他们扩展提出的这些所谓 热力学第二定律 和 熵 不同于目前绝大多数热力学学者的理解 , 至少并非属于热力学学科范围 , 或许可能归属于热力学以外的其他学科 . 另一方面 , 挑战来自于少数经典 ( 或传统 ) 的热力学家 . 他们主要是夸大经典热力学的作用和适用范围 , 同时试图把整个热力学的适用范围局限于经典热力学的适用范围以内 , 即认为经典 ( 或传统 ) 热力学就是热力学的全部 . 例如 , 在 2005 年克莱登 ( A. Kleidon) 和劳伦兹 (R.D. Lorenz) 编辑的 非平衡热力学和熵产生 生命 , 地球及其他 (Non-equilibrium Thermodynamics and the Production of Entropy Life, Earth, and Beyond) 一书中倾向于把各种复杂的问题都归结为基于经典热力学的 最大熵原理 (maximum entropy principle). 他们在 前言 中以爱因斯坦在 1949 年的一句名言为自豪 , 即爱因斯坦说过 : 一个理论 , 如果它的前提越简单 , 而且能说明各种类型的问题越多 , 应用的范围越广 , 那么它给人们的印象就越深刻 . 因此 , 经典热力学给我留下了深刻的印象 . 经典热力学是具有普遍内容的唯一物理理论 . 我深信在其基本概念适用的范围内是绝不会被推翻的 . (A theory is more impressive the greater the simplicity of its premises is, the more different kinds of things it relates, and the more extended its area of applicability. Therefore the deep impression which classical thermodynamics made upon me. It is the only physical theory of universal content concerning which I am convinced that, within the framework of the applicability of its basic concepts, it will never be overthrown.) 其实 , 爱因斯坦说的是经典热力学 在其基本概念适用的范围内是决不会被推翻的 , 而 在其基本概念适用的范围 以外就可能是不适用的 . ====
个人分类: 现代热力学|6078 次阅读|0 个评论
熵增原理 ≠ 热力学第二定律
jitaowang 2010-11-30 09:35
众所周知,也可能是众所不知:熵增原理 热力学第二定律! 在我的以前的博文 物理学界的伪科学富集区热力学 中指出: 由于上百年的迟缓发展,(热力学)成为现代科学中的一个典型的欠发展学科。 热力学成为物理学界或者更确切地说是科学界的一个不科学和伪科学的富集区。 热力学第二定律往往是首当其冲。我在此用了 的说法,可能不一定能立即被很多人所接受。然而,方舟子先生在今年 2 月 10 日在《中国青年报》发表的 以热力学定律的名义 一文中就引用过英国科学家和小说家 C.P. 斯诺的著名著作《两种文化》中的一段话: 我曾经多次参加过一些聚会,与会者根据传统文化的标准都被认为受过良好的教育,并且他们一直兴致勃勃地对科学家没有文化修养的现象表示难以置信。有那么一两次,我被激怒了,问与会者他们当中有多少人能够描述热力学第二定律。他们的反应很冷淡,回答也是否定的。然而,我所问的问题,在科学领域其程度相当于问:你们读过一本莎士比亚著作吗? 方舟子先生还说明该书指出 科学与人文学在现代社会中被割裂成两种无法交流的文化,成为解决世界问题的主要障碍。 然而如今让我吃惊的是:热力学第二定律在现代的科学家之间,甚至在物理学家之间也似乎成为 被割裂成两种无法交流的文化,成为解决世界问题的主要障碍。 这当然不是空穴来风,具体就是在我国的顶级的学术刊物上,看到了一篇: 张启仁 . 热力学第二定律的一个普遍的信息论证明 . 中国科学 G 辑 : 物理学 力学 天文学, 2008 年第 38 卷第 6 期 , 781~784 (以下简称热文)。 在 热文的正文第一段就提出了 熵越高的宏观系统实现的可能性越大 的基本观点。这实际上就是引入了一个简化的基本假定:所讨论的系统仅限于是孤立系统,不是普遍的!这一假定是和热文的题目 热力学第二定律的一个普遍的 证明 含义相悖的,在热文靠近结尾处更是直接把熵增原理完全等同于热力学第二定律: 定理 : 一个孤立系统熵的变化只能增加不能减少 . 这正是热力学第二定律 . 此定律因而得证 . 这是一个很基础性的差错。必须指出: 熵增原理 仅仅适用于孤立系统,而热力学第二定律是适用于任何宏观系统的人类大量经验的总结。 结论:熵增原理 热力学第二定律! 此外,我同意张文祥老师的意见 热力学第二定律的一个普遍的信息论证明中对信息的定义值得商榷 。 热文引入的熵定义改变了克劳修斯原来的熵概念是一个假定、还是一个公理、两者是否等价、来源于何处、是否经过证明等必须首先有一个明确的交代。热文中提到的玻尔兹曼的 H- 定理是关于趋向平衡的一个经典证明中是否也是以等几率原理为前提等,也必须有明确的交待。否则这些所谓的证明都不是独立的。所有这一些假定、前提等在热力学中是从来就不需要引入的。 至于热文中 在社会统计中,也是真的。这便在极普遍的情形中证明了热力学第二定律。至少社会是一个开放系统, 熵增原理 是肯定不适用的。在 热文中,还多次混淆地出现孤立系统、孤立的宏观系统和证明是普遍的、社会学和经济学等词汇,应该就是方舟子 以热力学定律的名义 一文中指出的同类 错误。 一位资深的美国热力学家特鲁斯戴尔 (C. Truesdell, 1919--2000) 说过 : 每一位物理学家都确切地知道什么是第一和第二定律 , 但是根据我的经验没有两个物理学家的认识是相同的 . 这句话的意思大概就是和本文的意思差不多: 说的就是众所周知和众所不知的热力学第二定律! 附上 杨新铁 博文后面的相关评论或讨论: 标题: 发表评论人: jitaowang 谢谢张启仁老师在 3 楼的回复。但是 热力学第二定律原本是对孤立系统而言的 这句话不符合客观事实。热力学第二定律的文字表述是 1850 年前后由克劳修斯和开尔文提出来的。而克劳修斯不等式和熵增原理是 1865 年才得到的。在克劳修斯的 1865 年著名论文中把热力学第二定律说得更透彻。熵增原理仅仅适用于孤立体系,不能和热力学第二定律相混淆!熵增原理是孤立体系的个例,在这一点上和 普遍的证明 背道而驰。 标题: 发表评论人: 理论思维 请教张启仁先生 , 您的下述论断的依据 . 当今物理学 ( 不论是经典的还是量子的 ) 中信息量的普遍守恒 , 这使我们可以探讨今后的物理学 , 乃至其它科学 , 如经济学 , 社会学 , 脑科学 ,..., 等等热力学第二定律适用的可能性 . 标题: 发表评论人: zhangqr ip:124.205.76.* 王先生 对您的意见答复如下 , 1. 熵越高的宏观系统实现的可能性越大 不只是 一些教科书 中的话 , 而是统计力学以多种方法证明了的结果 . 一个宏观系统不论是否处于平衡态都定义有熵 , 它与该系统所处的态实现的概率有明确的关系 , 这种关系直接表明 熵越高的宏观系统实现的可能性越大 . 这里引用这句话是为说明它不足以表示热力学第二定律一定正确 , 热力学第二定律的正确性还需证明 . 2. 热力学第二定律是一条实验定律 , 它的正确性是由实验判断的 . 但这不表示不需要理论证明 . 就像 三角形三内角之和为一平角 ( 一百八十度 ) 这一陈述每次实测都正确 , 还需要理论证明一样 . 这一证明明确了它为什么总是正确 , 那就是欧几里德几何的平行公理在我们的日常生活中是正确的 . 由此人们发明了非欧几何 , 其中平行公理不正确 , 因而 三角形三内角之和为一平角 这一陈述也就不再正确 . 这在现代引力理论中已成常识 . 我们证明热力学第二定律时明确了它的正确性源于当今物理学 ( 不论是经典的还是量子的 ) 中信息量的普遍守恒 , 这使我们可以探讨今后的物理学 , 乃至其它科学 , 如经济学 , 社会学 , 脑科学 ,..., 等等热力学第二定律适用的可能性 . 3. 热力学第二定律原本是对孤立系统而言的 , 它的陈述就是 孤立系统的熵不可能减少 . 人们已熟知非孤立系统的熵是可以减少的 , 这不与热力学第二定律矛盾 . 热力学第二定律讨论的就是趋向平衡的过程 , 这里并无 背道而驰 的问题 . 张启仁 标题: 发表评论人: jitaowang 谢谢, 1 楼张文祥老师寄给我的张启仁论文 热力学第二定律的一个普遍的信息论证明 (以下简称 热 文)资料(发表在中国科学G, 2008 年 38 卷 6 期 781 页)。我偏重于研究宏观领域的热力学,对信息论并不很熟悉。但是还是能看出问题! 热 文第一段中,引用一些 教科书 中 熵越高的宏观系统实现的可能性越大。 这句话是有严重问题的。这句话本身就是已经悄悄地引入了一个假定:研究对象是一个孤立的平衡系统!从 热 文第一段的接下去的文字中,也多次重复 趋向平衡 、 孤立系统 等词汇都和该文的题目中的 普遍 ... 证明 背道而驰的。 然而热力学是研究任何宏观系统的,因此热力学第二定律不是从信息论或其他方程能够得到 普遍的证明 。热力学第二定律是人类大量宏观经验的总结! 标题: 发表评论人: 理论思维 热力学第二定律的一个普遍的信息论证明中对信息的定义值得商榷 .
个人分类: 现代热力学|31481 次阅读|7 个评论
熵产生也是状态函数的变化值(续)
jitaowang 2010-10-30 09:10
谢谢张学文老师在我的前面博文 “ 同位素分离中的现代热力学 ” 和 “ 熵产生也是状态函数的变化值 ” 提出的评论中所包含的重要基本问题。因为对等温等压可逆过程的图作了省略,回复还不够清楚,为此继续在博文中通过作图等作进一步回复和扩展。 标题: 发表评论人: zhangxw 删除 回复 王教授,您好! 您的此文中,到公式 2 的计算,我明白也承认了。 可由于这个过程中对环境没有影响。所以环境也不应当有因为里面的气体膨胀而引起的状态变化,于是环境不会因为该膨胀过程而有状态变化。所以我自然理解环境没有熵的变化,所以后面您的分析我就不知道是什么了 -- 这就是我简单想法。 您说 “ 可逆等温膨胀时的环境熵变是 -19.14 J×K-1” 这句话我就不理解其来源。 张学文 博主回复:如果我把等温等压可逆膨胀过程的虚线孤立体系图也画出来。这时环境就有熵变,因为环境提供的热量 dQ 除以温度 T 再积分就得到 -19.14 JK-1 (环境是放热所以是负值)。而等温等压可逆膨胀的熵产生还是体系的熵变 19.14 JK-1 和环境的熵变 -19.14 JK-1 相加。结果等于零。这完全符合虚线表示的孤立体系熵增原理,内部只有可逆过程熵增等于零。 王季陶 为了了解熵产生的真正含义,我再补充可逆等温膨胀时的图: 1 mol 理想气体作等温膨胀到 10 倍于原来的体积。这一过程可以通过一个可逆途径来实现,见图 3 。可逆等温膨胀时体系 的熵变是 Δ S rsyst = Q R / T 的积分 = 19.14 J × K - 1 。 可逆等温膨胀时的环境熵变是 - 19.14 J × K - 1 ,因为对环境而言,是提供热量取负号, Δ S surr = - Q R / T 的积分 = - 19.14 J × K - 1 。这样从图 4 中孤立体系 来看,可逆等温膨胀时孤立体系的熵变是 Δ S iso = ( Δ S syst + Δ S surr ) = 0 。 这完全符合孤立体系的熵增原理,即孤立体系内只有可逆过程时熵增为零。但是请注意:在这样短短的讨论中,又已经引入了两个 “ 体系 ” 的概念。 (1) 把气体膨胀的部分 称为封闭体系。 (2) 把气体膨胀的部分和环境 称为孤立体系。引入 “ 熵产生 ” 的概念后就没有这样的容易混淆问题。 根据前面的熵产生定义式 d S = d i S + d e S ,也可以写成 Δ S sys = Δ i S + Δ e S 。于是体系的熵流 Δ e S = Δ S syst - Δ i S 或 Δ S surr = - Δ e S 。因此,可逆等温膨胀时体系的 熵变 Δ S syst = 19.14 J × K - 1 ,环境的 熵变 Δ S surr = - 19.14 J K -1 . 于是可逆等温膨胀的熵产生 D i S = ( D S syst + D S surr ) = 0 ( 可逆过程 ) 以及 熵流 D e S =19.14 J K -1 . 请注意在前一博文 “ 熵产生也是状态函数的变化值 ” 的讨论 不可逆真空膨胀的 图 1 和图 2 图中涉及了两个孤立体系,即实线包围部分的孤立体系和虚线包围部分的孤立体系。这次讨论了 可逆等温膨胀 的 图 3 和图 4 图中涉及了一个封闭体系和一个孤立体系。下面再讨论 可逆气体分割开放体系 的 图 5 和图 6 ,这样就 涉及了一个开放体系和一个孤立体系。熵产生计算的方法和原则完全相同,因此熵产生原理是普适的。 根据前面的熵产生定义式 d S = d i S + d e S ,也可以写成 Δ S sys = Δ i S + Δ e S 。于是体系的熵流 Δ e S = Δ S syst - Δ i S 或 Δ S surr = - Δ e S 。假定气体(也可以是液体或固体)的熵值为 S 0 ,则分割前后体系失去了 0.5 S 0 的物质,体系的 熵变 Δ S syst = - 0.5 S 0 ;环境得到了 0.5 S 0 的物质,环境的 熵变 Δ S surr = 0.5 S 0 。 于是可逆气体分割的熵产生 D i S = ( D S syst + D S surr ) = 0 ( 可逆过程 ) 以及 熵流 D e S = - 0.5 S 0 . 注意:这是负的熵流,但是和生命毫无关系,熵流的正负不是热力学的判据! 结论完全相同:熵产生就是 孤立体系的熵增,当然也一定就是孤立体系的态函数的变化值。千万不要把这个大范围的 “ 孤立体系 ” 和我们讨论的普适 ( 孤立、封闭或开放 ) 的具体 “ 体系 ” 混淆起来!当然也不能把 “ 熵增原理 ” 和普适的 “ 熵产生原理 ” 混淆起来! 对更复杂的体系如何计算熵产生 有的老师可能会担心:计算这样简单体系的熵产生就如此复杂,那么计算复杂体系的熵产生一定很困难。其实不是这样。因为以上的讨论是为了弄清楚标题所说的“熵产生也是状态函数的变化值”。如果要直接计算以上三个例子非常方便。例如,气体可逆分割开放体系和可逆等温膨胀封闭体系中都只有可逆过程,根本不用计算就知道它们的熵产生都低于零, Δ i S = 0 。而不可逆的向真空作膨胀时的熵产生的计算也非常方便。不可逆过程的熵变必须通过对应的可逆等温膨胀熵变来计算,不可逆的向真空作膨胀时环境没有熵变。于是不可逆的向真空作膨胀时的熵产生 Δ i S =(Δ S syst + Δ S surr )= 19.14 J×K -1 。 此外熵产生是和不可逆过程直接联系的,因此如果一个体系中有多个不可逆过程就可以分别计算,然后相加就得到体系的熵产生。 如果体系中多个不可逆过程的熵产生有的是正,有的是负,也只要直接相加就可以了。这就叫做克劳修斯的“补偿”或叫做“热力学耦合”, 或 。 于是你就进入到现代热力学了!多么方便! 1990 年以来,激活低压金刚石的一系列计算就是这样完成的,先后发表了几十篇论文和几本中英文专著,全世界的低压金刚石实验数据都“免费”提供给我们计算和发表论文,所以,当时我的硕士生和每人都发表好几篇论文(包括 sci 论文),有一二届博士生达到 10 篇论文发表,一直处于国际领先和独创。国际上至今没有发现有第二个激活低压金刚石的热力学理论模型可以成功解释,更不用说定量计算了。这就是客观事实的检验。
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熵产生也是状态函数的变化值
jitaowang 2010-10-29 09:15
在我的前一博文“ 同位素分离中的现代热力学 ”的评论中,张学文老师进一步提出一个极其重要和有价值的基本问题:按我的理解就是“ 熵产生是不是状态函数的变化值 ? ”。本文作肯定的回复。如有不妥之处欢迎拍砖和讨论。 标题: 发表评论人: zhangxw 删除 回复 王教授好! 感谢您对过去的问题的热情说明。 可我认为我的疑问依然没有解决。 熵是状态的函数,状态没有变化,熵的值就没有变化。状态是计算熵的基础。这个论点是热力学的基本认识,我想,您也是承认的,对吗? 所以我就简单地抱着这个理,即状态没有变化,它的熵自身就没有变化!所以 dsi=0. 而且用量热学( + 计算)的办法,我们也得不出熵变化了。 关于普里高津的热力学提出的熵流概念,我大概相信过一年,后来就一直持怀疑态度。现在的解释是让我们接受普氏公式,而以牺牲熵的态函数的基本认识为代价的。这我认为是不能这样做。 按照这个理解思路,似乎外来的熵流决定了内部的熵产生,而这个熵产生根本不能用实验测量(内部的熵依然的可以计算的,而且温度不变,物质没有丢失,熵值不变。不变就是变化量 =0 ,而不是大于 0 。 博主回复:我完全同意: “ 熵是状态的函数,状态没有变化,熵的值就没有变化。 ” 但是 “ 状态没有变化,它的熵自身就没有变化!所以 dsi=0.” (我不了解什么是 dsi=0 )这句话可能不对,因为 “ 熵自身就没有变化 ” 不等于 “diS=0” ,因此是错的。 “ 熵流概念 ” 不是普里高津首先提出来的,但是普里高津同意和使用 “ 熵产生和熵流 ” 是正确的。 在热力学中 状态函数的变化值极其重要。相对而言,状态函数的绝对值除非为了物质的特性列于热力学数据手册中和计算以外,通常不会去使用。与此相反,状态函数的变化值往往是热力学的判据。例如,孤立体系的熵增 (Δ S ) iso ,等温等压体系的吉布斯自由能变化 (Δ G ) T,p 等。长期使人困惑的是这些 状态函数的变化值的适用面都很狭窄。 (Δ S ) iso 仅仅适用于 孤立体系, (Δ G ) T,p 仅仅适用于 等温等压体系。普适的熵产生的概念也就应运而生。从 康狄普特 (Dilip Kondepudi) 和普里高京合著的 “ 现代热力学 ” 一书中可以知道: 在 20 世纪初期 杜亥姆 (Pierre Duhem, 1861-1916), 纳坦舜 (L. Natanson) 和乔曼 (G. Jaumann) 等人引入了熵产生 (entropy production) 和熵流 (entropy flow) 的概念 , 把体系的熵增 d S 分成熵产生 d i S 和熵流 d e S 两部分 , 即 : d S = d i S + d e S . 其中熵产生就是由于体系内部不可逆过程引起的熵增部分 , 而熵流就是由于体系和环境的物质和能量交换引起的熵增部分 . 于是得到比熵增原理更普遍适用的熵产生原理 , 它可以适用于任何孤立 , 封闭和开放的宏观体系 . 熵产生原理的文字表述就是 : 任何体系的熵产生永远大于或等于零 . 参见我的博文 正熵产生原理 , 即 熵增原理的普适化 . 普适的第二定律的数学表达式就可以写成 : d i S = 0 . ( 1 ) 普利高京在 1978 年荣获诺贝尔奖以后,正值我国的改革开放时期。曾经应邀到我国访问,这时他大力宣传介绍熵产生原理,对国内有较大影响。他对推广熵产生原理是有贡献的。但是不要把它误称为“普利高京熵”。 为了了解熵产生的真正含义,我们先看一个具体的例子: 1 mol 理想气体作等温膨胀到 10 倍于原来的体积。这一过程可以通过一个可逆途径或通过一个不可逆的向真空作膨胀来实现,见图 1 。它们的熵变必须是相同的,因为两者的初态和终态都相同。可逆等温膨胀和不可逆的向真空作膨胀时体系 的熵变都是 图 1 气体向真空膨胀的不可逆过程 可逆等温膨胀时的环境熵变是 - 19.14 J × K - 1 ,但是从图 2 中孤立体系 来看,不可逆的向真空作膨胀时的环境熵变是零。因此,可逆等温膨胀时孤立体系的熵变是Δ S iso = ( Δ S syst + Δ S surr ) = 0 ,而不可逆的向真空作膨胀时的孤立体系熵变是 Δ S iso = ( Δ S syst + Δ S surr ) = 19.14 J × K - 1 。 图 2 孤立体系 中的气体向真空膨胀的不可逆过程 这样的情况都符合孤立体系的熵增原理。但是请注意:在这样短短的讨论中,已经引入了两个“体系”的概念。 (1) 把气体膨胀的部分 称为体系。 (2) 把气体膨胀的部分和环境 称为孤立体系。引入“熵产生”的概念后就没有这样的容易混淆问题。 正如 李铭老师所 归纳 的“ 计算熵变三部曲 ” : (1) 根据实际的过程确定初态和末态; (2) 在初态和末态之间假设一个可逆过程; (3) 沿着假设的可逆过程对 d Q / T 做积分。 而 熵产生计算的方法 实际上就是在 “ 计算熵变三部曲 ” 的基础上,最后增加环境熵变的计算。 (1) 根据实际的过程确定初态和末态; (2) 在初态和末态之间假设一个可逆过程; (3) 沿着假设的可逆过程对 d Q / T 做积分; (4) 环境熵变的计算。最后把前三步得到体系的熵变 Δ S syst 和后一步得到环境的熵变 Δ S surr 相加就是体系的熵产生 Δ i S ( 即另一 孤立体系的熵增 ) 。如果实际的过程是可逆过程 , 体系的熵产生一定等于零。如果实际的过程是不可逆过程 , 体系的熵产生一定大于零。前面的熵产生定义式 d S = d i S + d e S ,也可以写成 Δ S sys = Δ i S + Δ e S 。于 是体系的熵流 Δ e S = Δ S syst - Δ i S 或 Δ S surr = - Δ e S 。 同样的例子: 1 mol 理想气体作等温膨胀到 10 倍于原来的体积 . (a) 可逆等温膨胀 . 从前面已知 : 体系的 熵变 Δ S syst = 19.14 J × K - 1 ,环境的 熵变 Δ S surr = - 19.14 J K -1 . 于是可逆等温膨胀的熵产生 D i S = ( D S syst + D S surr ) = 0 ( 可逆过程 ) 以及 熵流 D e S =19.14 J K -1 . (b) 向真空膨胀 . 从前面已知 : 体系的熵变 Δ S syst = 19.14 J K -1 , 而环境的初态和末态未变 Δ S surr = 0. 于是不可逆真空膨胀的熵产生 D i S = ( D S syst + D S surr )= 19.14 J K -1 ( 不可逆过程 ) 以及 熵流 D e S = 0. 模仿李铭老师的话说: “只要你遵守我这个四部曲,你就对熵产生有了准确的把握。” 通过具体实例的计算,我们就可以更清楚地看到:熵产生就是 孤立体系的熵增。普适的熵产生原理就是从熵增原理的扩展。“熵产生”概念和普适的熵产生原理也一定是完全正确的。 结论:熵产生就是 孤立体系的熵增,当然也一定就是孤立体系的态函数的变化值。千万不要把这个大范围的“孤立体系”和我们讨论的普适 ( 孤立、封闭或开放 ) 的具体“体系”混淆起来!当然也不能把“熵增原理”和普适的“熵产生原理”混淆起来!
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“熵产生原理”是批判热力学领域伪科学的有力武器
jitaowang 2010-7-19 17:23
要点: 熵产生原理是适用于人类社会和生命体等开放体系的热力学第二定律。其中只有熵产生是唯一的热力学判据。如今坚持篡改把熵增原理用于开放体系的所有熵增、熵减或负熵判据都是伪科学的标志。是非分明,旗帜鲜明。 根据热力学第二定律的熵增原理表述,我们知道 任何孤立系统(也可以说是任何孤立物理系统,但是并不一定局限于是物理过程,也可以包含化学或生化过程)中如果有变化,只可能是 熵增 的或对可逆变化是 熵增为零。因此可以说, 任何孤立系统内部都存在着强大的熵增倾向 。 但是如果把它篡改成 任何物理系统内部都存在着强大的熵增倾向 ,就将和方舟子先生所批评的 神创论者因此根据热力学第二定律的通俗说法,断言进化论违背热力学第二定律。神创论者在引用热力学第二定律的通俗说法时,完全无视了其前提:孤立系统。 一样 成为伪科学或神创论。 伪科学可以有各种狡辩形式。例如, 熵增加原理的确说的是孤立系统的熵必定增加。然而,对于一个开放系统,我们可以把外界的熵流部分隔离出来,剩余的部分就是孤立系统,它的熵必定增加。 的说法仍然是篡改适用于孤立系统的熵增原理。如果能够放弃伪科学的观点而认真学习一下普适的 熵产生原理 就可以说 任何物理系统内部都存在着强大的熵产生倾向 。因为普适的熵产生原理确实是把体系的熵增分成 熵产生 和 熵流 两部分。 热力学第二定律只限制任何体系的熵产生不可能是负的。 这就是 熵产生原理 。 有人口头上否认反对熵产生原理,但是实际上处处加以反对或篡改。因为如果一旦承认 熵产生原理 , 熵产生 立即成为任何体系的热力学判据,所谓的负熵流也就根本不存在,而应该表达为负的 熵流 。相应地对任何体系来说,熵增或熵减也就失去了热力学判据的地位。 对非专业人士来说,可能有一些拗口,不容易加以区别真伪。但是一旦 熵增或熵减失去了热力学判据的地位, 最明显的结果就是 如何理解生物体的负熵流 ( 2010-3-13 ), 衰老的物理学解释 ( 2010-6-29 ),和 从原理上讲,长生不老返老还童是可能的 ( 2010-7-8 )等伪科学的博文就成为无稽之谈。
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坚决维护热力学学科的纯洁性
jitaowang 2010-7-16 15:04
如我的博文 物理学界的伪科学富集区 热力学 所说,热力学是一个伪科学富集区。只要一旦是利用热力学搞伪科学的,不管什么人,不管是不是物理老师,通常都是首先篡改热力学第二定律。最常用的丑陋一步就是把热力学第二定律的熵增原理滥用于开放体系,包括生命体系。在方舟子先生的以热力学定律的名义一文在报上刊登时(《中国青年报》 2010.2.10. ),明确指出 在孤立系统内实际发生的过程中,总是使整个系统的熵的数值增大 , 神创论者在引用热力学第二定律的通俗说法时,完全无视了其前提:孤立系统 , 和神创论者一样,是对热力学第二定律的第三种表述孤立系统熵增原理的歪曲 等。 这就让个别物理老师也不得不脸红,表示 足以让物理人惭愧 (2010-2-11) 。但是,只要继续坚持伪科学的观点,就绝不会放弃 对热力学第二定律的第三种表述孤立系统熵增原理的歪曲 。例如 如何理解生物体的负熵流 ( 2010-3-13 )中,就是 把熵增原理中的判据熵增、熵减或所谓负熵流,滥用于开放的生命体系。在 衰老的物理学解释 ( 2010-6-29 )中, 任何物理系统内部都存在着强大的熵增倾向,也就是越来越无序的倾向,倾向于均匀,平衡,这是熵增加原理的要求。 这一段话就是 完全无视了其前提:孤立系统 ,是 歪曲 孤立系统熵增原理 的明证 。 从原理上讲,长生不老返老还童是可能的 ( 2010-7-8 )一文中,错误就更多、更荒唐。其他方面的荒唐问题先不谈, 其中 只要人体吸收的负熵完全抵消并且在数值上超过了人体内部产生的正熵,人体的总熵就可以减少,越来越有序,从而实现返老还童。 就是伪科学的明证。显然 只要是利用热力学搞伪科学,就必然会继续歪曲 孤立系统熵增原理 滥用于开放的生命体。对开放体系的 人体的总熵 是完全不能作为热力学判据使用的。
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关于克劳修斯熵变的一些错误表达
wliming 2010-6-12 20:23
不少教材,如清华大学出版社出版的张三慧的《热学》,都用 克劳修斯熵 这个词汇,还把这个熵跟 玻尓兹曼熵 进行比较。我觉得这种用法和比较完全是错误的。 首先,克劳修斯熵应该准确地称呼为 克劳修斯熵变 。因为克劳修斯熵变指的是系统的两个宏观状态之间熵的改变。而玻尓兹曼熵是系统的一个宏观状态的熵。 前者是过程量,后者是状态量。两者根本不能相互比较。 这些教材说,克劳修斯熵(变)是玻尓兹曼熵的最大值。其理由是,玻尓兹曼熵可以是非平衡态的熵,而克劳修斯熵变是关于平衡态的。 这个结论和理由是完全错误的。 事实上,克劳修斯熵变也可以是非平衡态之间的熵变。我们计算熵变时常有这样的情况,如冰和水蒸气混合直到冰完全融化,这就是两个非平衡态之间的熵变。可见,克劳修斯熵变也可以是非平衡态之间的。 我希望这些教材再版的时候,更正这些错误的表达。
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物理学界的伪科学富集区—热力学
热度 1 jitaowang 2010-6-12 07:28
热力学本身是一门依靠大量实验事实发展起来的科学学科。但是由于上百年的迟缓发展,成为现代科学中的一个典型的欠发展学科。相应地伪科学也就乘虚而入,使热力学成为物理学界或者更确切地说是科学界的一个不科学和伪科学的富集区。这种情况在国内外都是一样的。内因在于热力学的欠发展,外因就通过内因来起作用的。 我不主张在学术讨论和评论中一定要指名道姓,更反对人身攻击。应该就学术论学术。某种情况下需要引用著作或论文时,有时可能不得不引出作者的姓名。 经典热力学的正确性和严密性是不用置疑的。正如 1949 年爱因斯坦所说: 一个理论 , 如果它的前提越简单 , 而且能说明各种类型的问题越多 , 应用的范围越广 , 那么它给人们的印象就越深刻 . 因此 , 经典热力学给我留下了深刻的印象 . 经典热力学是具有普遍内容的唯一物理理论 . 我深信在其基本概念适用的范围内是绝不会被推翻的 . 经典热力学在科学界的威望极高,直接反对经典热力学的人是极个别的,成不了气候。但是有相当数量一部分人却没有理解经典热力学 在其基本概念适用的范围内是绝不会被推翻的 这句话的含义:同时也隐含着经典热力学的结论 在其基本概念适用的范围 以外是可能被推翻或修改的 。这些人往往把经典热力学夸大为热力学的全部,从而实际上抵制热力学的现代化发展,否定现代热力学(尽管可能不成熟)的客观存在。 把经典热力学的 基本概念 任意滥用于经典热力学规定的 适用的范围 以外的情况经常出现。例如随着熵产生原理出现和传播,对开放的生命体系进行热力学一些探讨并不存在特别的障碍。在这种情况下 如何理解生物体的负熵流 2010-3-13 博文中 仍然把熵增原理中的判据熵增、熵减或所谓负熵流,滥用于开放的生命体系,就是明显的差错。特别是在方舟子先生的 以热力学定律的名义 在《中国青年报》 2010.2.10 发表以后,仍然坚持这样的错误,确实 足以让物理人惭愧 。 另一个蛋与鸡和生命有关的问题也常常被纠缠到热力学中。例如有田松先生的一篇博文 二傻好问题:鸡蛋与熵 ,经田松转载、删减和插入评论称 二傻在 王季陶博客上留言 颇为精妙! 而 王的回答 有避实就虚之嫌,以问代答之嫌 。 于是 田松 又给出了他自己的回答。我对这类所谓热力学的纠缠没有多少兴趣,因此仅仅就二傻的第一个问题、我的回复、田松的回复和我现在的再回复列举如下: 发表评论人: 隔壁家的二傻子 请教王老师对以下几个具体案例的解答 : (1). 一个鸡蛋 , 受精前和受精后 , 哪个熵大 ? 王季陶的回复:谢谢参与讨论。 采用熵增或熵减作为热力学判据的先决条件是一个孤立体系中发生的变化。 对第 (1) 个问题来说,它本身就不是一个体系,而是两个体系的问题,熵增原理不适用。 田松的回复: 1 ,精子进入卵子,如果将二者视为两个物质系统,似乎应该是熵增。但是,生命系统一定另 有机制。精子进入卵子,必然熵减。其微观可到达态的数目一定大大减少。不然,不能解释此后生命的产生。这好比说,发动机被正确地装入汽车,是一个熵减的过程,而非熵增的过程。正确地装配,这件事需要消耗能量~~也跟信息有关吗? 我现在的再回复: 鸡蛋并不是卵子,一个已经生下来的未受精鸡蛋根本不可能再变成受精的鸡蛋。田松的回复是完全错误的。这样的回复本身就是一个荒诞的故事。请问有谁看见过:一个公鸡抱着一只未受精的鸡蛋在给它授精呢? 科学的真伪只能用事实来检验。任何真正的解决现有理论和实践之间矛盾的都是创新。伪科学从来就不是为了解决任何客观存在的理论和实践之间矛盾的。对热力学现代化的探索中提出不同的创见,按照科学方法的推导或逻辑推理得到的结论,其中可能有正确的或不正确的,这都是正常的,最多是有的结论不科学,并不一定属于伪科学。
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不要犯熵增原理PK熵产生原理的基本错误
jitaowang 2010-5-26 09:47
不要犯 熵增原理 PK 熵产生原理 的基本错误 熵增加原理适用于孤立(或绝热)体系并不适用于一般的封闭体系和开放体系。这是任何一个学过热力学基础知识的学者都应该知道的常识。方舟子先生曾经写过一篇博文:“ 以热力学定律的名义 ”批评了那些滥用 熵增加原理于一般开放体系的情况。甚至愤怒地说: 神创论者在引用热力学第二定律的通俗说法时,完全无视了其前提:孤立系统。 李铭老师也加以转载并加了一句评论说:“ 这是一篇优秀的科普文章,足以让物理人惭愧。 ” 由于现实的热力学教学基本上停留在 19 世纪教学内容的水平,往往至今也没有介绍 熵产生原理,结果 在物理老师中也同样会犯类似的基本错误或者把 熵增原理和熵产生原理 两者混淆或对立起来。 傅献彩等编著的“物理化学”第四版 p. 172 在 得到熵产生原理(即“ d i S (熵产生)却永远不会有负值。”)数学表达式: d i S ≥ 0 ( 2.124 ) 以后明确地说明: 热力学第二定律的最一般的数学表达式是 熵产生原理 而不是熵增加原理。 原文(黑字为注释)如下: 热力学第二定律的最一般的数学表达式是式( 2.124 ) 而不是式( 2.125 ) 。 北京大学韩德刚等编著的“物理化学,高等教育出版社, 2001 , p. 264 ”也明确指出, 熵增加原理是熵产生原理的特例。 原文如下: 熵产生原理不仅把熵增加原理作为特例包括在内,更重要的它已经成为广义热力学派(以 Glansdorff 和 Prigogine 为代表)创建非平衡态热力学的出发点。 欧阳百容的“热力学和统计物理,科学出版社, 2007 , p. 104 ”和 汪志诚的 “热力学、统计物理,第三版,高等教育出版社, 2003 , p. 179 ”对熵产生原理都有介绍或指出, 熵产生原理对任何系统均成立。 欧阳百容一书的原文如下: 根据热力学第二定律,对任何系统,下式 d i S ≥ 0 (4.1.8) 均成立。 “熵增原理”和“熵产生原理”是“特例”和“普适规律”之间的关系,或者说是“个别”和“一般规律”之间的关系。或者更形象地说,“熵产生原理”就是“扩展熵增原理”。 把“ 熵增原理”滥用于开放体系肯定是错误的。同样把“熵增”和“熵产生”基本概念混淆起来或者把“熵增原理”和“熵产生原理” 两者混淆或对立起来,都是属于这类基本的错误。 再次呼吁承担热力学教学的老师应该及早向同学介绍熵产生原理,哪怕用最少是时间介绍也为培养新一代的热力学家作出贡献。
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王季陶老师我再问你,谁在反对你的熵产生原理啊?
wliming 2010-5-25 13:02
王老师所陈述的熵产生原理,是得了诺奖的耗散结构的基本内容,是被物理学完全肯定了的科学原理,这里大家都很清楚,也没有人反对。王老师一次次重复这个东西,好像别人都不明白似的,王老师不是太小看物理学界了? 没人理睬王老师,是王老师态度不正引起的。 这里几个网友反对的是,仅仅是,他的扩展卡诺定理,是他对可逆耗散的错误解释。
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评“百年大战”:“曹云全错 普利高京全对”
jitaowang 2010-4-12 07:53
科学发展 评百年大战 本博文评论由经典熵理论到现代熵产生理论的百年科学发展进程。这场大战和具体人员关系不大,统称曹云再加上以往著名的反科学人士形成玩派。普利高京是名人,不敢隐瞒,他是现代派的代表。他在 1977 年荣获诺奖后,恰逢中国改革开放,应邀访问中国期间,大力宣传现代熵产生理论,因此有人把现代熵产生理论改称普利高京熵。普利高京本人对此则如实说引用了 20 世纪前后杜亥姆等现代派先行者的工作。当然卡诺和克劳修斯是经典派的代表人物。 玩派的基本特征:混淆经典熵概念和现代熵产生概念,并混淆经典熵增原理和现代熵产生原理的适用范围,然后用经典熵理论来否定现代熵产生原理。甚至直接否定整个熵理论、直接把普利高京及现代熵产生理论称为民科或诡辩、或篡改他人理论来混淆是非。 现代派的基本特征:按科学发展的理论,继承发扬了经典熵理论并把经典熵理论扩展成现代熵产生理论,主要用于复杂的多过程体系和非平衡态之间的变化。他们没有也不需要否定经典熵理论。还坚持在经典熵理论和熵增原理的适用范围内它们仍然正确,以及在其适用范围外不能用。经典熵理论和现代熵产生理论这两种理论不同的适用范围是不容混淆的。 经典派的基本特征:创建经典熵理论,包括熵增原理等。在其适用范围内完全正确,同时有历史局限性,不是普适的。经典熵理论主要用于简单体系和平衡态之间的变化。经典熵理论有个别缺点,如热死论但不影响全局;也有个别超前,如克劳修斯的补偿 可以归纳在现代熵理论中。 现代派是科学发展中的积极因素和力量,推动科学发展。玩派是科学发展中的消极因素和障碍,阻扰科学发展。当前的矛盾主要在现代派和玩派之间。由于上述现代派的这部分工作中没有我的工作,因此可以客观评论。 结论是: 曹云全错 普利高京全对 。 标题: 发表评论人: tdcao 删除 回复 你的说法与普利高京的说法是不一致的。希望你在三天时间内找出这些不同,否则,过几天我再批你。 博主回复:你的说法与普利高京的说法是不一致的,我基本同意,因为不算论文我已经写了6本现代热力学的专著。不用三天,我现在就明确回答你:如果和前辈人完全一致,岂不是我在抄袭吗?在我专著的内容中有错误,欢迎随时批我。如果是我的错误,我也就不会推到普利高京身上。请你批我个人的错误时,不要扯上普利高京。 本博文的内容讲明限于玩派和普利高京为代表的现代派前辈之间的百年大战。玩鼓派和现代派之间的战争历来存在。当然如果我的评价有错,也欢迎批,那是我的错,也请你不要扯上普利高京。当然我也不反对你直接批普利高京的错,但是请谨慎不要像这次那样乱批,成为全错。
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耗散结构引起的联想(让你拍案叫绝的牵强附会)
wliming 2010-3-14 22:00
耗散结构是普利高金创立的热力学理论,把热力学从平衡态推广到了非平衡态。他因此获得了诺贝尔化学奖(好像是),但这个理论其实是个物理学理论。热力学因耗散结构理论的创立而前进了一大步。 简单地讲,耗散结构是热力学系统的一种自组织现象。熵增原理表明,一个孤立系统必定越来越平衡、均匀、混乱、无序。自组织现象则是一种更有序的结构。 为了形成耗散结构,热力学系统需要至少满足三个条件: 1. 开放系统;2. 远离平衡; 3. 非线性作用。 其中,开放条件是不言而喻的,否则违背熵增原理,本人曾为此创立过一句名言: 孤立意味着死亡 ;远离平衡也是必须的,大量数学模拟表明,近平衡态在微扰的作用下,还是走向平衡。 自然界有很多耗散结构的例子。人体是个典型的耗散结构。人体当然也满足上述三个条件,人体从外界吸收营养和能量,向外界排放热量和废物,所以是开放系统;同时人体各种器官组织高度分化远离平衡;人体内部各种功能的相互协作不是x+y的线性关系,而是x*y之类的非线性关系。地球生态系统也是个耗散系统。破坏耗散结构的三个条件,就会破坏耗散结构本身。所以,这三个条件对地球生态系统至关重要。可惜,生态学这个行当的人不懂耗散结构。 耗散结构还可以走得更远。人类社会其实也在一定程度上是个耗散结构。人类社会高度有序,有组织。人类社会从太阳吸取能量,从地球获得资源,并想地球输出垃圾,人类社会各个局部之间相互开放,文化交流,商品进出,组成开放系统;人类社会的各个部门如政府机关,学校,医院,企事业等高度非平衡;社会各个部门之间分工协作有很显著的非线性作用。有人说,人类社会这样的意识形态不是热力学系统,也就不可能形成耗散结构。但是,你别忘了,人类社会完全受制于物质系统。 我最得意的牵强附会是,邓小平推行的改革开放政策就是要建立中国社会的耗散结构。没有开放,就不可能有耗散结构,多么英明的决策啊! 小平同志不懂物理,但他的儿子邓朴方是学物理的(还算我的师兄呢),估计小平同志多少也耳闻目染过一点热力学,所以才想出改革开放的妙计来。我每次讲到这里,总能让几个学生拍案叫绝!可是,我这个学说还是给一个老教师臭骂了一顿。不过没关系,我至今还是照讲不误,讲课么,要那么严格干么! 可见,耗散结构无论是对科学还是对社会学科都有重大的价值。
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