1、热力学第二定律的微观解释藁城市第九中学 程志亮 一个 “妖精 ”，神通广大，能跟踪充满容器的每个气体分子的运动。把这个容器用一道隔板分为 A ， B两部分，并在隔板上安装一个阀门，当阀门打开时单个气体分子可以从容器的一部分经过阀门进入另一部分去。 假设这个容器开始时完全充满了一定温度的气体，按照热的动力论，一定的温度对应于分子的一定的平均温度，因为气体分子的运动具有随机性质，有的分子的速度将大于平均值，有的则将小于平均值。妖精在适当的时候打开阀门，让快的分子从 B 进入 A， 慢的分子从 A进入B ， 结果不须消耗能量， B 部分的温度就下降， A部分的温度就上升，热量可以自发地从低温物体流向
2、高温物体。 一般的解释是：妖精必须得到一些 “知识 ”，才能把 “快 ”分子和 “慢 ”分子区分开来。为了获得这些信息，要不要消耗能量？如果需要，则容器、气体、隔板、妖精作为封闭系统，为得到所要信息所需的能量，将不大于因利用这一信息而消耗的能量，并没有违反热力学第二定律。 麦克斯韦的妖精能破坏热力学第二定律吗？自发总是从有序到无序演化 但是麦克斯韦的妖精可以使其向有序化发展，酶，就是生命中的麦克斯韦的妖精；而人类全体作为麦克斯韦的妖精，增加着社会的有序度。毕竟， “妖精 ”，用通俗的话说，是个生物，也是个信息系统， “妖精 ”就是对宇宙演化的一种抗争。 热力学第二定律的微观解释热力学第一定律给
3、出了各种形式的能量在相互转化过程中必须遵循的规律，但并未限定过程进行的方向。 凡符合热一律的过程 -即符合能量守恒的过程是否都能实现呢？实验表明， 自然界中一切与热现象有关的宏观过程都是有方向性的。一、自然过程的方向性一、自然过程的方向性热传导过程 例如： 气体的绝热自由膨胀过程。这些典型例子说明自然界的实际过程是按一定的方向进行的，相反方向的过程不能自动发生，或者说，如果可以发生，则必然引起其它后果。热力学第一定律无法对这类问题作出解释，需要一个独立于热力学第一定律的新的自然规律，即热力学第二定律来解释。二、热力学第二定律二、热力学第二定律 不可能从单一热源吸取热量，使之完全变成有用的功而不
4、产生其他影响。功可以完全变热，但要把热完全变为功而不产生其它影响是不可能的。1851年开尔文总结出热力学过程进行的限度。1.开尔文表述以热机为例，热机的循环除了热变功外，还必定有一定的热量从高温热源传给低温热源，即产生了其它效果。热全部变为功的过程也是有的，如，理想气体等温膨胀。但这时引起了其它的变化。开尔文表述否定了热机效率能达百分这百的可能性高温热源 T1=0第二类永动机（单热机）不能制成。第二类永动机高温热源 T1低温热源 T2与之相应的经验事实是，当两个不同温度的物体相互接触时，热量将自动地由高温物体向低温物体传递，而不可能自发地由低温物体传到高温物体。如果借助制冷机，当然可以把热量由低温传递到高温，但要以外界作功为代价，也就是引起了其它变化。克氏表述指明热传导过程是有方向的。2、克劳修斯表述 热量不能自动地从低温热源传到高温热源而不引起其它的变化。
