你知道嗎--現代科學中的100個問題 正文 第68節
    只有當你所使用的那個特定系統中的能量密度參差不齊的時候,能量才能夠轉化為功,這時,能量傾向於從密度較高的地方流向密度較低的地方,直到一切都達到均勻為止。正是依靠能量的這種流動,你才能從能量得到功。

    江河發源地的水位比較高,那裡的水的勢能也比河口的水的勢能來得大。由於這個原因,水就沿著江河向下流入海洋。要不是下雨的話,大陸上所有的水就會全部流入海洋,而海平面將稍稍升高。總勢能這時保持不變。但分佈得比較均勻。

    正是在水往下流的時候,可以使水輪轉動起來,因而水就能夠做功。處在同一個水平面上的水是無法做功的,即使這些水是處在很高的高原上,因而具有異常高的勢能,也同樣做不了功。在這裡起決定性作用的是能量密度的差異和朝著均勻化方向的流動。

    不管對哪一種能量來說,情況都是如此。在蒸汽機中,有一個熱庫把水變成蒸汽,還有一個冷庫把蒸汽冷凝成水。起決定性作用的正是這個溫度差。在任何單一的、毫無差別的溫度下——不管這個溫度有多高——是不可能得到任何功的。

    「熵」是德國物理學家克勞修斯在1850年創造的一個術語,他用它來表示任何一種能量在空間中分佈的均勻程度。能量分佈得越均勻,熵就越大。如果對於我們所考慮的那個系統來說,能量完全均勻地分佈,那麼,這個系統的熵就達到最大值。

    在克勞修斯看來,在一個系統中,如果聽任它自然發展,那麼,能量差總是傾向於消除的。讓一個熱物體同一個冷物體相接觸,熱就會以下面所說的方式流動:熱物體將冷卻,冷物體將變熱,直到兩個物體達到相同的溫度為止。如果把兩個水庫連接起來,並且其中一個水庫的水平面高於另一個水庫,那麼,萬有引力就會使一個水庫的水面降低,而使另一個水面升高,直到兩個水庫的水面均等,而勢能也取平為止。

    因此,克勞修斯說,自然界中的一個普遍規律是:能量密度的差異傾向於變成均等。換句話說,「熵將隨著時間而增大」。

    對於能量從密度較高的地方向密度較低的地方流動的研究,過去主要是對於熱這種能量形態進行的。因此,關於能量流動和功-能轉換的科學就被稱為「熱力學」,這是從希臘文「熱運動」一詞變來的。

    人們早已斷定,能量既不能創造,也不能消滅。這是一條最基本的定律;所以人們把它稱為「熱力學第一定律」。

    克勞修斯所提出的熵隨時間而增大的說法,看來差不多也是非常基本的一條普遍規律,所以它被稱為「熱力學第二定律」。  
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