第二單元 探究世界與追求真理教案
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(選自：《人民日報》XX年2月23日)
4.@§熱力學(xué)的規(guī)律決定無法生產(chǎn)出永動機(jī)
19世紀(jì)40年代，邁爾、焦耳、格羅夫、柯爾丁、赫爾姆霍茨等十佘位科學(xué)家，差不多同時發(fā)現(xiàn)了能量守恒和轉(zhuǎn)化定律，即熱力學(xué)第一定律。原來，能量既不能創(chuàng)造也不會消滅。熱、電、磁、光、機(jī)械等運動形式或能量形式，在一定條件下以固定的當(dāng)量關(guān)系相互轉(zhuǎn)化。例如，l千卡的熱量可做427千克/米的功，或者l卡熱運動的量等于4.18焦耳機(jī)械運動的量。現(xiàn)在，業(yè)已證實自然界的各種運動或能量，包括化學(xué)能、原子能等，無不遵循能量守恒和轉(zhuǎn)化定律。這是最基本的科學(xué)規(guī)律。它令人信服地表明了各種物質(zhì)運動之間的聯(lián)系和統(tǒng)一。恩格斯高度贊譽這一定律，指出：“自然界中整個運動的統(tǒng)一，現(xiàn)在已經(jīng)不再是哲學(xué)的論斷，而是自然科學(xué)的事實了。”最初主要是在研究機(jī)械運動和熱運動的關(guān)系中得出的這一定律，在熱力學(xué)中通常稱為第一定律。
到19世紀(jì)50年代，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了熱力學(xué)笫二定律。熵從此登上了舞臺，并且不斷擴(kuò)展自己的陣地，演出了一幕又一幕爭議迭起的耐人尋味的戲劇。簡單地說，熱力學(xué)第二定律指出，熱總是從高溫物體傳到低溫物體，而不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。或者說，熱不可能全部地轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉ΑＴ谌粘Ｉ钪校覀兌加羞^這樣的經(jīng)驗，火爐中的熱量散發(fā)出來，彌漫于周圍空間，逐漸達(dá)到溫度平衡。一杯熱水也會慢慢冷卻，直至與外界空氣等溫。要使熱從冷處流向熱處，像冰箱和空調(diào)設(shè)備那樣，就必須做功，消耗相應(yīng)的電能。這有些和水流相類似。水通常往低處流，引水上坡、用泵提水等，非做功不可。想“不勞而獲”，“又要馬兒好，又要馬兒不吃草”，那只是違背科學(xué)的空想。
這看似淺顯普通的常識，卻包含深刻的真理。是熱力學(xué)第二定律，首次把不可逆的概念引入了科學(xué)。大家知道，牛頓力學(xué)研究的是可逆過程。作用力和反作用力雖然方向相反，但大小相等。熱則不同。熱力學(xué)指出，在孤立系統(tǒng)(與外界不交換物質(zhì)和能量的系統(tǒng))中，熱從高溫物體傳到低溫物體是一個不可逆的過程。機(jī)械運動可以全部轉(zhuǎn)化為熱運動，反過來卻不行。熱總要損耗，不可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械功。這樣，熱力學(xué)就以其特有的科學(xué)權(quán)威宣布：永動機(jī)是不可能的，不管是不耗費任何能量的第一類永動機(jī)，還是功率為百分之百的第二類永動機(jī)，都永遠(yuǎn)無法制造出來。因為它違背了科學(xué)。