1、现代热力学-基于扩展卡诺定理,(中英文版同名新书的简介) 王季陶 (复旦大学, 微电子学系; )2009年高校 “热力学与统计物理”研讨会8月17日, 厦门1989年至今作者著有6本原创性专著, 4本已出版(1本Springer英文版), 今年中英文各1本即将出版. 20年研究成果可以归纳为一句话 - 扩展卡诺定理: “非耗散”(而不是 “可逆”)能量转换是效率最高的充分必要条件.,1,卡诺定理 (可逆热机的效率最高), 只适用于卡诺循环等循环过程, 而扩展卡诺定理适用于任何宏观过程 (包括卡诺循环等循环过程).,现代热力学-基于扩展卡诺定理,(中英文版同名新书的简介) 王季陶 (复旦大学,
2、微电子学系; )2009年高校 “热力学与统计物理”研讨会8月17日, 厦门1989年至今作者著有6本原创性专著, 4本已出版(1本Springer英文版), 今年中英文各1本即将出版. 20年研究成果可以归纳为一句话 - 扩展卡诺定理: “非耗散”(而不是 “可逆”)能量转换是效率最高的充分必要条件.,2,卡诺定理 (可逆热机的效率最高), 只适用于卡诺循环等循环过程, 而扩展卡诺定理适用于任何宏观过程 (包括卡诺循环等循环过程).,现代热力学-基于扩展卡诺定理,(中英文版同名新书的简介) 王季陶 (复旦大学, 微电子学系; )2009年高校 “热力学与统计物理”研讨会8月17日, 厦门19
3、89年至今作者著有6本原创性专著, 4本已出版(1本Springer英文版), 今年中英文各1本即将出版. 20年研究成果可以归纳为一句话 - 扩展卡诺定理: “非耗散”(而不是 “可逆”)能量转换是效率最高的充分必要条件.,3,卡诺定理 (可逆热机的效率最高), 只适用于卡诺循环等循环过程, 而扩展卡诺定理适用于任何宏观过程 (包括卡诺循环等循环过程).,四本已出版的现代热力学系列原创性专著,4,1998:热力学耦合模型.2000:建立非平衡相图理论.2002:英文版由Springer出版创建非耗散热力学. 2005:完整的热力学学科体系.,一. 热力学领域中的长期困惑,5,一位资深的美国教
4、授特鲁斯戴尔(C. Truesdell, 1919-2000)曾经说过: “每个物理学家都确切知道第一定律和第二定律的含义, 但是根据我的经验是没有两个物理学家的认识是一致的. (Every physicist knows exactly what the first and second laws mean, but it is my experience that no two physicists agree on them.)”,如果他的意见或感觉是正确的, 也就意味着热力学第二定律在20世纪并没有被真正认识清楚. 事实也证明确实如此.,卡诺定理认为: 可逆热机的效率最高. 卡诺定理是
5、 “热力学的奠基石”, “第二定律的起步点”, 卡诺定理和第二定律是19世纪初 “人类经验的总结”, “有着牢固的实验基础”, “不可能从其他更基础的定理中推导出来”. 但是热力学第二定律的本质是 “时间的箭头(arrow of time)”A. Eddington. 这和卡诺定理强调 “可逆性”的矛盾过去长期没有得到解脱.,6,二. 困惑的根源 - 卡诺定理(2008),作者可能是180多年来第一个在近年提出: 困惑的根源就是卡诺定理. 卡诺仍然是热力学的奠基人之一, 功不可没, 同时科学是发展的.,卡诺定理认为: 可逆热机的效率最高. 卡诺定理是 “热力学的奠基石”, “第二定律的起步点”
6、, 卡诺定理和第二定律是19世纪初 “人类经验的总结”, “有着牢固的实验基础”, “不可能从其他更基础的定理中推导出来”. 但是热力学第二定律的本质是 “时间的箭头(arrow of time)”A. Eddington. 这和卡诺定理强调 “可逆性”的矛盾过去长期没有得到解脱.,7,二. 困惑的根源 - 卡诺定理(2008),作者可能是180多年来第一个在近年提出: 困惑的根源就是卡诺定理. 卡诺仍然是热力学的奠基人之一, 功不可没, 同时科学是发展的.,扩展卡诺定理认为: 非耗散能量转换的效率最高. 可逆不是能量转换效率最高的必要条件, 而非耗散才是能量转换效率最高的充分必要条件. 卡诺
7、定理只适用于卡诺循环等循环过程. 扩展卡诺定理是普适的, 也包含了卡诺定理, 但不能反过来说. 卡诺定理是扩展卡诺定理的一个特例.,8,三. 扩展卡诺定理(2005),扩展卡诺定理是热力学的扩展奠基石, 第二定律发展的新起点, 也是当前21世纪人类大量日常宏观经验的总结.,如果有一个理想的非耗散太阳能电池把太阳能100%地非耗散转换成电能, 它的效率一定是最高的. 不可能再高到100.1%, 因为不能违背热力学基本定律. 不需要追求 “可逆”的太阳能电池, 因为要把电能重新转换成太阳光让太阳重新收回是永远不可能的.,9,近代经验事实一: 光电转换,生命现象也是永远不可能 “可逆”, 即生命是不可能 “返老回童”的. 因此在生命科学, 社会科学中也必须采用现代热力学.,如果有一个理想的燃料电池能把燃料的化学能100%(非耗散)地转换成电能, 它的效率一定是最高的. 根本不需要也不可能追求 “可逆”, 不可能得到可逆燃料电池. 要把燃烧生成的CO2和H2O 完全恢复成原来的甲烷(CH4)和氧(O2)也是不可能的.,10,近代经验事实二: 燃料电池,因为甲烷有一系列的有机烷类同系物, 不可能完全生成甲烷. 生命体中能量转换效率往往很高, 也根本不需要“可逆”.,
