从热机到热寂
——熵的起源与发展
2011-09-26尹世伟郭庆伟李鑫茹潘龙
大学化学 2011年1期
关键词:系统
尹世伟 郭庆伟 李鑫茹 潘龙
(陕西师范大学化学与材料科学学院 陕西西安 710062)
人类活动离不开能源。作为提供能源的主要物质——煤炭和石油资源是有限的。同时,煤炭和石油燃烧时会污染空气,影响人类活动。地球上四分之三的面积都被水覆盖,于是,有人提出这样一个想法:设想有一个极大的集热器,可以收集海水温度降低过程中释放的能量,并在需要能量时释放出来加以利用。这个想法的确诱人,因为这并不违反热力学第一定律。有人测算过,这个想法若能实现,只要使整个海水温度下降0.01℃,则对外所做的功可供全世界的工厂上千年之用。19世纪的科学家对此进行了长时间的探索研究。然而,结果却令人遗憾。为什么这种想法不能实现呢?
原来,热传导是有方向性的,有条件的。这就是热力学第二定律给出的答案。
热力学第二定律和熵概念的提出,是科学史上一个重要的里程碑。熵唯一地表达了变化和时间方向的普适性特征,第一次从全域的角度阐述了变化方向的含义,并将时间表达为变化的内部性质[1]。
以下是熵的发展简史:

1 工业革命与内燃机的发明
伴随着生产力的发展与物质需求的迅速增长,人们迫切需要改善现行生产方式以提高生产效率。蒸汽机的发明引起了一场工业革命,出现了劳动分工,生产效率明显提高。然而,当时蒸汽机的效率非常低,于是众多科学家和工程师开始踏上提高热机效率之路,其中卡诺的研究引领了后来者前进的方向。……
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