热力学第二定理的运用2.doc
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1、热力学第二定理的运用2热力学第二定理的运用2 本文研究的是存在远程相互作用的体系,得出热力学第二定理不能随便运用,体系不能存在稳定的平衡态,则我在研究时没有能够写出大量的数学推理,更多的是逻辑分析,而且依赖已知的物理事实。也许是我的水平不足,希望读者加以补充。关于实验问题,理论有它的独立性,不会依附于实验。比如,狄拉克的磁的单极子理论,现在人们没有人证实它。爱因斯坦在1905年发表的3篇论文,都是在以后几年才证实。我的思想只要内在逻辑比原来好系就行。读者中间一定有实验物理学家,他们可以完成这项有意义的工作,并且可以设想理论对人们的生产生活有什么影响。作者:周伯利题目:热力学第二定理的运用提要:
2、由于热力学第二定理存在局域性要求,在运用到存在远程相互作用(这里主要讨论电磁相互作用)的体系时就会发生问题。(如果不存在远程相互作用,热力学第二定理是适用的。)主题词:局域性 远程相互作用1 理论逻辑部分1。1两杯水里的热力学热力学第二定理有许多表述,根据我的学习体会,描述为;孤立体系的热运动总是向着熵增的方向发展,并达到熵极大,(稳定的平衡态)热力学第二定理包含有两个内容:1,时间之箭的方向 2,时间之箭的目标热力学第二定理对研究对象有个限制:孤立体系。下面的一个孤立体系,但是,热力学第二定理在运用上却存在问题: 桌面上有两杯水A B,水里悬浮有大量的电荷,外界对它们没有作用,可以把它们整体
3、看作孤立体系,由热力学第二定理得,体系应该有一个稳定的平衡态。我们从部分看:比如A,它受到B的电作用,不能视为孤立体系,它有没有稳定态,就很成问题。同样B也是如此。同一研究对象,可能存在不同研究结果,只能说明理论对于这样的研究对象存在先天不足。这一体系有没有稳定态,得有物理方程确定,物理方程应该包含热和电1 泊松方程2 波尔兹曼方程 p=A*exp(qu/kT)求解方程是困难的,它是非线型的,从直觉上讲,有解的可能性小。1。2普朗克熵理论的研究下面是熵和热力学几率的关系的推导:普郎克发现孤立体系的熵和热力学几率存在单调的变化,猜测熵和热力学几率存在如下关系:S=f(W)设体系有独立的两部分,S
4、-体系总熵 S1-1部分的熵S2-2部分的熵 W-总几率W1-1部分的几率 W2-2部分的几率设S=S1+S2=f(W)S1=f(W1)S2=f(W2)W=W1*W2-(1)通过微积分运算,得到S=k*In(W)-(2)(参阅王竹溪统计物理学导论第2版)如果体系由无限独立部分组成,则S=S1+S2+S3+。Sn+。 Si是局域熵热力学第二定理表示为:S1=S1max S2=S2max。(3)以上推倒体现了热力学明显的局域性,也暴露了这种性质的力学本质:要求每个局域的独立性,如果不独立,则W=W1*W2-(1)不成立,则普朗克的推导就有漏洞,实际上,世界上存在破坏这种局域独立性的现象,比如桌面上
5、有两杯水,(可以看作总体系的两个部分,部分的划分是任意的)水里悬浮有大量电荷,两杯水之间存在远程相互作用,独立性就没有意义,普朗克的熵理论不能适用于这样的研究对象。普朗克的熵理论的背景是热力学第二定理,普朗克提出S=f(w)原因为:孤立体系的热运动总是朝着熵增的方向发展,而热力学几率也是在增加,现在的体系不适用于普朗克的理论,则也会不适用于热力学第二定理,我们知道,热力学第二定理要求平衡态的出现,平衡态的表示为S1=S1max S2=S2max这个体系中的局域独立性已经破坏,S1,S2没有意义。1。3条件概率的研究在电磁远程相互作用的体系不能用热力学第二定理说明。其中最明显的是整体几率与部分几
6、率的关系:W=W1*W2不成立,从而普郎克的熵与几率的推导存在矛盾。概率论中提供了一种叫条件概率的东西来说明两个几率事件的相互作用。比如;明天下雨的概率是0.2,晴天的概率为0.8。如果是雨天,爬山的人占0.3,如果是晴天,爬山的人占0.7。那么明天有百分之几的人要爬山呢p=0.2*0.3+0.8*0.7=0.62天气情况对人的出行有作用,但是人的出行对天气的几率是没有影响的,条件的几率是相对稳定的。如果人的出行对天气变化有影响,你可以想象一下几率会是怎样?而我们要研究的热力学几率就是相互的。上面的两杯带电水存在相互作用,状态之间的影响不是单向的。我们已经可以体会到其中的味道了下面作一系简化计
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