查書可以知道,1mol的酒精的汽化熱大於水。活塞右移,酒精蒸發,水液化。系統吸收熱量,熵增。結合圖片閱讀。

按照熱力學第二定律,活塞右移才是方向,移到儘可能的右處。

從實驗看,活塞沒有右移的趨勢。

是不是熱二最拿手的熵增判斷不管用了?

關於孤立體系,統一回復:

恆溫體系,環境的作用就是提供熱量或者吸收熱量,不會去阻礙體系運動方向。這種恆溫體系的熱力學方向(熵增)更好判斷。對比案例

案例1:一個氣體做等溫膨脹,對外做功,吸收熱量,熵增,也不是孤立體系,熱力學第2定律預測的方向(膨脹)可以實現。

案例2:我們這裡裝置:活塞右移,對外做功=0,吸收熱量,熵增,也不是孤立體系,熱力學第2定律預測的方向(活塞右移)沒有得到實驗的支持。

案例1,熱2熵增判斷實驗支持;

案例2,熱2熵增判斷實驗不支持。


民科真是三天不打,上房揭瓦。

首先,熱力學第二定律斷言孤立系統在隨時間演化的過程中會達到熵極大的宏觀狀態。但你從哪門子邏輯可以推斷出熵極大的狀態一定是唯一的了?數學分析怎麼學的?我隨手畫一條定義在正半軸,在y軸正交,有一個最大值點的光滑函數,反演一下,就可以有兩個最大值點。事實上,兩個相同的氣球,吹成不同大小,然後用吸管連接起來,最終的熱力學平衡狀態很可能就有兩個左邊大右邊小,或者左邊小右邊大。具體的原因請參見我之前的回答:

氣球在吹大過程中,內部壓力怎麼變化??

www.zhihu.com圖標

第二,如果一個單獨的氣缸,充有一定溫度壓強的氣體。如果它放在壓強、溫度相同的環境之中,那根本就不會發生等溫膨脹。要發生等溫膨脹,你必須人為地給氣缸的活塞施加外力

可問題是如果給你那套蒸汽壓膨脹裝置的活塞施加外力,它也可以朝你想要的方向移動啊!有任何矛盾之處嗎?純粹無事生非罷了。


問題的關鍵下面的答案也已經說了,對於一個非孤立體系熱力學第二定律從來就沒有要求其熵始終增加。這一點我在幾個月前回答中就已經明確無誤地指出了。可是我們的 @zbl1905 同志卻始終沒有意識到這一點:

熱力學第2定律熵增的過程能自發進行嗎??

www.zhihu.com圖標

相反,他不但不正面回應質疑,反而拋出一個名詞,「局域熵增」,還要別人去翻書,以為這樣能糊弄到人。

欣賞一下繆波同志的神論

所以今天就來講一下被民科吹得神乎其神的「局域熵增」究竟是個什麼東西。在此之前,需要指出的是,按照《物理學名詞》,所謂的「局域熵增」應該被稱為「熵產生」。


相比於「產生」(增加)的「熵」,恐怕一個更容易理解的概念是「守恆」的「電荷」。眾所周知,電荷守恆定律告訴我們,電荷不會創生也不會消滅,只會從一個物體轉移到另一個物體,以一種形式轉變為另一種形式。該定律一個很顯而易見的推論是,宇宙中的總電荷永遠保持不變。但實際上,電荷守恆定律比上述推論(全局守恆)要更強。事實上,對於任何一片給定區域,在一定時間內,其內的電荷總量的增加量,都應該等於這段時間內從外界傳入的電荷量。如果我們把區域的體積取得足夠小,時間取得足夠短,取極限以後就可以得到下式:

[公式]

其中 [公式] 是某一位置某一時刻的電荷密度,而 [公式]是同一位置同一時刻的電流密度。電流密度的散度,直觀地說,就是在某個無窮小體積元里,單位時間內流出的電荷量與體積的比值,因此它應該等於該無窮小體積元內電荷隨時間變化率與體積的比值——也就是電荷密度隨時間的變化率。這就是著名的局域電荷守恆

很顯然,局域電荷守恆並不要求某個特定位置的電荷密度永遠保持不變——除非沒有電流,或者說是電荷轉移

現在回到熱力學。眾所周知,經典的熱力學研究平衡態極端的非平衡過程的演化規律(例如,假設有一個容器里,左半邊有一堆速度完全一樣的氣體分子,右半邊有一堆速度大小相同方向相反的氣體分子)完全超出了熱力學的能力範圍——對這種體系,連熱力學量的定義都無法完成,遑論求解其演化規律。

然而,我們在現實生活中遇到的絕大多數非平衡過程,都不會極端到這種程度。以大氣運動為例:在大氣運動中,每一片宏觀小,微觀大的氣團似乎都近似處於平衡態,可以(姑且)按照熱力學的方法定義一個熱力學量,比如溫度,濕度,氣壓等,但整個地球的大氣卻不處於平衡狀態,表現在如上定義的溫度,濕度和氣壓在不同宏觀位置處的數值是不同的

對於諸如此類的非平衡過程,一個自然的想法是,把這樣的定義運用到上述宏觀小,微觀大的局部上,利用熱力學中關於平衡態的規律,求解這個系統隨時間的演化。這就是非平衡過程的准熱力學理論。所謂的「熵產生」也是在這個理論的框架下才具備實際意義的。

為簡化起見,我們假設有一塊沒有體積變化,不對外作非體積功,沒有物質交換的固體的熱傳導問題。在這種簡化下,由熱力學第二定律,任何一處的熵密度 [公式] 和內能密度 [公式] 滿足:

[公式]

其中 [公式] 是該處的溫度。和電荷一樣,能量守恆定律也是局域成立的(除非你考慮廣義相對論)。由局域能量守恆,能量密度 [公式] 與能流密度 [公式] 滿足:

[公式]

在熱傳導過程中,能流密度就僅僅是是局域的熱流密度。因此將兩式聯立,經過一番整理,可得:

[公式]

上式左邊第一項,是該處熵密度 [公式] 隨時間的變化率,第二項散度運算的對象,是熱流密度與溫度的比值。類比宏觀平衡態時的情形,這一比值有非常明顯的物理意義,就是熵流密度。如果右邊是零,則上式意味著熵也是局部守恆的。但事實上,上式右邊並不是零,而是能流密度與溫度倒數梯度的內積。由於熱傳導總是將熱量由高溫部分(也就是溫度倒數小的部分)傳向低溫部分(溫度倒數大的部分),因此能流密度永遠指向溫度倒數梯度的方向,這個內積永遠非負

故,形象地說,上式即表明在任何一個宏觀小,微觀大的微元里,熵隨時間的變化率並不一定等於熵從外界流入的速率,前者不小於後者,多出的那一部分——由等式右邊給出——是能量在溫度梯度存在下傳遞的自然後果,因而被稱為「熵產生」。

正如我在一開始強調的,「熵產生」並不要求每一個局部的熵密度隨時間不減,它只要求扣去普通熵傳輸(熵流)之外,「凈熵」隨時間不減,僅此而已。

故而,看到一個「(局域)熵產生」、「局部熵增」,不去推究其本原,就開始「振振有詞」的民科行為,終究會貽笑大方。


後記:其實天底下哪有新鮮事,早在50年前,費曼就曾經在他的《物理學講義》中批判過那些看到「相對論」三個字就妄言「很簡單,一切都是相對的」的所謂「雞尾酒會哲學家」。

費曼對所謂「雞尾酒會哲學家」的批判

@zbl1905 你們這些自以為很高明的民科,只不過是沒有意識到自己在步那些失敗「前輩」的後塵罷了。終有一天,你們不是埋沒在歷史的長河之中,就是像上面這樣,被拿來當示眾的材料。


又來邀請我了?我有陣子沒來了。。。

一樣的問題,一樣的無知,這麼長時間你沒有長進啊。不過這麼多人都反駁你了,我就少說幾句吧。

二定律適用範圍是啥,孤立系統。你的回復我也看了,但是恆溫系統不是孤立系統。你自己改條件然後說二定律不成立,這個只能說是你自己的問題。

一而再,再而三的反對二定律,而且是不聽別人解釋。你不是笨,單純是名利心蒙住了你的眼睛,讓你看不到真正的知識。


突然就想起一句話來

If someone points out to you that your pet theory of the universe is in disagreement with Maxwells equations - then so much worse for Maxwell equations. If it is found to be contradicted by observation - well these experimentalists do bungle things sometimes. But if your theory is found to be against the second law of Thermodynamics, I can give you no hope; there is nothing for it but to collapse in deepest humiliation.

Sir Arthur Stanley Eddington, in The Nature of the Physical World. Maxmillan, New York, 1948, p. 74.

如果有人指出您最喜愛的宇宙理論與麥克斯韋方程不符,那麼麥克斯韋方程可攤上大麻煩了。如果它與實驗觀測相矛盾,那麼這些實驗學家有時確實會搞砸一些事情。但是,如果您的理論違反了熱力學第二定律,那麼我就無法給您希望了。它除了在最深刻的屈辱之中崩塌外,別無出路。(應評論區指正修改了翻譯)

Arthur Stanley Eddington爵士,《自然界的本質》。麥克斯米倫(Maxmillan),紐約,1948年,第2頁。 74。


恆溫熱源可以提供無限的負熵,有了熱源的熱量交換,不再是孤立系統,不能適用孤立系統熵增原理,活塞並不會向所謂熵增方向走。如果兩邊缸體的條件改為絕熱,就能找到一個平衡點


你構建的等溫系統不是孤立系統。

你提供了等溫熱源,這個熱源可以無限提供熱量,也可以無限吸收熱量,這玩意是個bug般的永動機!


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