什么是热力学第二定律?

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科创17
2022-05-22 · TA获得超过5922个赞
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热力学第二定律也是熵增定律。一个封闭的环境中,熵是不断增加的,秩序是从有序到无序的。很多企业现在在企业管理的核心理念会用到热力学第二定律,比如华为的熵减文化。

一滴可溶于水的墨水滴在水里,墨水会迅速均匀散开。一热一冷的两个铁块贴在一起,热的铁块会迅速将热量传导给冷的铁块,最终达到相同的温度。

为什么墨水滴进水里后,没有分布成其他特殊形状,也不会变回原来的墨水滴? 而两个铁块也不会出现热的更热,冷的更冷,或交替变热的情况呢?

就像苹果是掉到地上,而不是飞到天上一样,这种看起来理所应当的现象,背后往往隐藏着我们这个世界最基本的规律。我们刚刚提到的墨水和铁块的例子,所遵循的就是热力学第二定律,也就是我们今天的主题。


我们都知道,我们生活的世界,是由一个个做无规则运动的微小粒子组成的。粒子们运动得越剧烈,它们组成的物体温度越高。

而一热一冷的两个铁块,高温铁块内部的铁原子运动剧烈,低温铁块内部铁原子运动相对温和。那么,高温铁块把热量传到低温铁块,使两个铁块中铁原子运动的剧烈程度趋近,这就是符合热力学第二定律的。

克劳修斯对热力学第二定律的表述,说的就是热量从高温到低温这种温度传导的方向性。


而热力学第二定律真正的内涵,并不仅仅是热量传导的方向性,而是一个颇有哲学意味的结论—— 事物会自发地向混乱、无序的方向发展。

我们刚才说到的铁块一冷一热,本身就是一种秩序,两个铁块最终变成相同温度,其实也就是打破了原来的秩序;同样的,一滴墨水和一杯清水,也是一种秩序,墨水滴到水里散开,也就是打破了秩序,向混乱和无序发展。

如果我们再深究一步,这个所谓的“定律”到底是为什么呢?

宇宙真的就毫无理由地偏爱混,偏爱无序吗?

想回答这背后真正的奥秘,需要用统计学的工具。

我们来做一个有趣的数学 游戏 。想象你面前有两个箱子,你手里有四个小球,可以将每个球放到任意一个箱子里。每次放球,都是完全独立的,随机的。

通过简单的计算就会发现,四个球全都装在箱子A或B的概率,各是1/16;一三分,或三一分的概率则各是4/16;两个箱子各有2个球的概率是6/16。


可以看出来,两个箱子里球的数量,有较大的概率是接近的,较小概率会相差很大。如果我们将球的总数不断增加,会越来越明显地看到这个趋势。

……


不难想象,如果小球数量极大极大,那么在两个箱子的均匀分布,就几乎是一个必然事件。

以上,就是我们所做的数学 游戏 。

现在我们联想一下开头的那个实验。滴入水中的颜料分子,就是数量巨大的“小球”,这些小球在水杯中的运动接近于完全随机,而水杯中的不同区域,就是一个个虚拟的“箱子”。

基于我们以上的计算, 任意在水杯中选取两个体积相同的区域,颜料分子有极大的概率在这两个区域的分布量基本相等。 这也解释了我们开头所说的,墨水为什么会在水中均匀散开。

因此, 从统计学角度来说,并不是我们的世界偏爱混乱和无序,而是混乱和无序本身,有更大概率存在。


所以说,斗地主老摸到一串电话号码,也是因为这种情况的概率本身就更大。以后你再摸一手烂牌,就别怪人家洗牌的了,其实这都是数学的套路呀!



希望我的回答对您有所帮助。

热力学第二定律是阐明与热现象相关的各种过程进行的方向、条件及限度的定律。 热力学第二定律指明了自然界的热功转化中的普遍规律,

热力学第二定律有两种表述

1、按传热的方向性表述:热量不能自发地从低温物体传到高温物体。

2、按机械能和内能的转化方向性表述:不可能从单一热库吸收热量,使之完全变成功,而不产生其他影响。

以上两种表述是等价的,都揭示了自然界的基本规律:一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性,即一切与热现象有关的宏观的自然过程都是不可逆的

热力学第二定律说明第二类永动机是不可能实现,即不可能从单一热库吸收热量全部用来对外做功。

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