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  • 1 # 使用者1042898638258

    我們通常說“機械能可以完全轉化為內能,而內能不可完全轉化為機械能”,這句話的後一半是有條件的,內能在某些條件下也是可以完全轉化為機械能的.例如理想氣體等溫膨脹就是一個典型的例子,在此過程中,氣體可以將從外界吸取的熱量完全轉化為機械功,即外界的內能透過氣體吸熱做功完全變成了機械能.這是不違法熱力學第二定律的.

    熱力學第二定律是個比較複雜的問題,熱二律的一個最常見的表述是開爾文表述:不可能從單一熱源吸取熱量使其全部轉化為有用功,而不產生其它影響.這個表述有利於上面例子的理解.在上面例子中,氣體膨脹了,壓強減小了,也就是產生了其它的影響,熱二律是不禁止這樣的熱功完全轉化的.如果要求氣體狀態不變(實際上要求氣體經歷一個迴圈過程),又要求熱功完全轉化,那才是違反熱二律的,即辦不到的.

    在脫離上下文的條件下,“內能不可完全轉化為機械能”這一說法並不嚴格,但要簡單地說它就是錯誤的,也並不適當.當我們不侷限於某一特定的過程,而是著眼於整個宇宙(目前已知的宇宙),上面的說法在某種意義上就是正確的.因為在所有的各種形式的能量轉化中,都不可避免的伴隨著其它形式的能量變為內能,一旦變為內能就不再能無條件的變為其它形式的能量(要受到熱二律的限制),因此,其它形式的能量會逐步變為內能,直至最終全部變為內能,一旦出現這種情況(目前尚不能斷定,因為今天我們所考慮的宇宙的範圍和明天可能不同),宇宙中將處處溫度相等,這時,內能將永遠不能變為其他形式的能量,這就是所謂的熱寂.熱寂說根據人類目前的知識尚無法判斷是否正確,即熱寂的那一天是否真的會到來尚不能肯定.但無論如何,至少目前看來其他形式的能量都存在逐步變為內能的趨勢,

    所謂的能量等級,這個說法在我看來並不很科學.因為按照這樣的理解,一切形式的能量只可分為兩類,一類是內能(準確的說是熱力學能或熱運動能,即狹義的內能,上文的內能均指狹義的),其它所有形式的能量都歸於另一類,也就是能量的等級只有兩級.既然如此,將能量分等級的意義不大(要是能分為“三六九等”,那麼分等級的意義才比較明顯,可是除內能之外,其它能量形式沒有等級高低之分,任何其它形式的能量相互轉化都不可避免地同時存在朝向內能的轉化,如果不考慮向內能的轉化,那麼相互轉化率都可以是100%,因此無法將它們劃分等級).

    更進一步認識內能和其他能量的區別,需要搞清其微觀本質.內能是分子無規則熱運動的能量,熱運動有別於其它形式運動的根本區別在於運動的無規則性,其他運動都是有規則的,有規則的運動變為無規則運動是自發的,不需要任何條件的,而無規運動並不是不能變為有規則運動,而是不會自發的變化,要實現轉變必須付出某種代價,或者說變化是有條件的.

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