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热力学开展史-II;三热力学第二定律的建立

本来汤姆生有可能立即从卡诺定理引出热力学第二定律，但是由于

他没有摆脱热质说的羁绊，错过了首先发现热力学第二定律的时机。

1、克劳修斯研究热力学第二定律

就在汤姆生感到困难之际，克劳修斯于1850年卡诺定理作了详尽

的分析，他对热功之间的转化关系有明确的认识。他证明，在卡诺循环中，

“有两种过程同时发生，一些热量用去了，另一些热量从热体转到冷体，这

两局部热量与所产生的功有确定的关系。〞

他进一步论证：“如果我们现在假设有两种物质，其中一种能够比

另一种在转移一定量的热量中产生更多的功，或者，其实是一回事，要

产生一定量的功只需从A到B转移更少的热。那么，我们就可以交替应

用这两种物质，用前一种物质通过上述过程来产生功，用另一种物质在

相反的过程中消耗这些功。到过程的末尾，两个物体都回到它们的原始

状态；而产生的功正好与耗去的功抵消。所以根据我们以前的理论，热

量既不会增加，也不会减少。唯一的变化就是热的分布，由于从B到A

要比从A到B转移更多的热，继续下去就会使全部的热从B转移到A。交

替重复这两个过程就有可能不必消耗力或产生任何其它变化而随意把任

意多的热量从冷体转移到热体，而这是与热的其它关系不符的，因为热

总是表现出要使温差平衡的趋势，所以总是从更热的物体传到更冷的物

体。〞就这样，克劳修斯正确地把卡诺定理作了扬弃而改造成与热力学第

一定律并列的热力学第二定律。;1854年，克劳修斯发表?热的机械论中第二个根本理论的另一形

式?，在这篇论文中他更明确地说明：

“热永远不能从冷的物体传向热的物体，如果没有与之联系的、同

时发生的其它的变化的话。关于两个不同温度的物体间热交换的种种已

知事实证明了这一点；因为热处处都显示企图使温度的差异均衡之趋

势，所以只能沿相反的方向，即从热的物体传向冷的物体。因此，不必

再作解释，这一原理的正确性也是不证自明的。〞他特别强调“没有???

其它变化〞这一点，并解释说，如果同时有沿相反方向并至少是等量的

热转移，还是可能发生热量从冷的物体传到热的物体的。这就是沿用至

今的关于热力学第二定律的克劳修斯表述。;四宇宙“热寂说〞

热力学第二定律和热力学第一定律一起，组成了热力学的理论基

础，使热力学建立了完整的理论体系，成为物理学的重要组成局部。但

是汤姆生和克劳修斯等把热力学第二定律推广到整个宇宙，得出

了宇宙“热寂〞的结论。

W．汤姆生在1852年发表过一篇题为?自然界中机械能耗散的一般

趋势?的论文，在论述两个根本定律的同时，对物质世界的总趋势作了

如下论断；

“(1)物质世界在目前有机械能不断耗散的普遍趋势。

(2)在非生命的物质过程中，任何恢复机械能而不相应地耗散更多的

机械能〔活动〕的是不可能的??。

(3)在一段时间以前地球一定是，在一段时间以后地球也一定是不适

于人类象现在这样地居住，??〞

就在1865年那篇全面论证热力学根本理论的论文中，克劳修斯以结

论的形式用最简练的语言表述了热力学的两条根本原理，认为是宇宙的

根本原理：

“(1)宇宙的能量是常数。

(2)宇宙的熵趋于一个极大值。〞

1867年，克劳修斯又进一步提出：“宇宙越接近于其熵为一最大值

的极限状态，它继续发生变化的时机也越减少，如果最后完全到达了这

个状态，也就不会再出现进一步的变化，宇宙将处于死寂的永远状态。〞;五热力学第三定律的建立和低温物理学的开展

热力学第三定律是物理学中又一条根本定律，它不能由任何其它物

理学定律推导得出，只能看成是从实验事实作出的经验总结。这些实验

事实跟低温的获得有密切的关系。;法国人盖勒德〔LouisPaulCailletet，1832—1913〕将纯洁的氧

压缩到300大气压，再把盛有压缩氧气的玻璃管置于二氧化硫蒸气〔-29

℃〕中，然后令压强突降，这时在管壁上观察到了薄雾状的液氧。

正当盖勒德向法国科学院报告氧的液化时，会议秘书宣布，不久前接到

瑞士人毕克特〔Paous-PierrePictet，1846—1929〕从日内瓦打来的电报说：

“今天在320大气压和140的冷度〔即-140℃〕下联合使用硫酸和碳酸液化氧取得成功