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[论文]熵:一个不是物理量的概念.pdf
熵:一个不是物理量的概念
张 树 风
中南大学物理学院
Email: uhsgnahz@126.com
摘 要
论证了“熵”不是物理量,热力学系统任意可逆循环过程中dQ / T 0 并不能定义新的物理量,任意可逆
循环过程中dQ / T 0 是基于一个微分错误而得出的,本身就不成立。热力学第二定律的各种表述是正确的,
但熵理论是错误的。玻尔兹曼所定义的绝对“熵”不过是用于显示不可逆性的一种技巧。
关键词: 熵、热力学、系统状态量
1 引 言
什么是“熵”? 这是个争论了一百多年的问题。
历史上,克劳修斯于1865年基于任意热力学系统的可逆循环中有dQ / T 0 这一结果,提出存在一新的系统状
态量:“熵”(用符号S表示)这一结论, 并认为同一系统任意两平衡态的“熵”差为:
2
S S2 S1 dQ / T
1
且热力学中只能计算这一差值。并相应地提出了众所周知的“熵”增加定律。
此后,玻尔兹曼于1872年提出绝对“熵”公式:S k ln ,其中 k 是玻尔兹曼常量,Ω是热力学几率,并且认为
“熵”是系统混乱程度, 或者说是“序”的衡量标志, 这被认为是对“熵”的最好解释, 至今人们仍沿用这一解
释。
上述结论仍广为接受和学习,可以在任何热力学及统计物理学教科书中找到上述内容。“熵”已被当成了一个
重要的物理量广为应用,尽管人们并不能确定“熵”究竟是什么。
上述结论均存在众多没有解决的问题或难以自圆其说的矛盾, 这预示了它们是有问题的。
2. “熵”不是物理量
§ 2.1“熵“的起源
为说明“熵”不是物理量,先简要回顾一下“熵”的起源:
首先,热机效率定义为 W / Q1 , 即以热机循环中对外界所做净功W 与系统从外界吸收的热量Q 的比值作
1
为热机效率;然后,对卡诺循环有 W / Q 1 1 Q 2 Q1 , η与系统工质无关,只和两恒温热源温度有关,据此,定
义热力学温标θ: / Q / Q , 当系统工质为理想气体时可证明:
2 1 2 1
Q / Q T / T 即 / T / T
2 1 2 1 2 1 2 1
仍用符号 T 表示热力学温标,即Q / Q T / T Q / T Q / T 0 ,这里 Q2 是放热,本身为负值。由此,
2 1 2 1 1 1 2 2
对任意可逆循环,用无穷多个元卡诺循环过程逼近并代替,认为可得到dQ / T 0 ,至此,人们认为 dQ/T 是一全
微分,并由 dQ / T 0 确定
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