第二类永动机能实现吗——余晓辉论热力学第二定律

什么是第二类永动机？从单一热源吸热使之完全变为有用功，而不产生其它影响的热机称为第二类永动机。简单地理解，如果实现第二类永动机，那么我们有可能让海洋降低温度而从中获得取之不尽、用之不竭之能量。

与第二类永动机相关的是所谓的热力学第二定律。

克劳修斯认为，不可能把热量从低温物体传向高温物体而不引起其它变化。

开尔文则认为，不可能制成一种循环动作的热机，从单一热源取热，使之完全变为功而不引起其它变化。

此二人的表述就是所谓的热力学第二定律。这个定律看上去很费解，究竟是什么意思呢？其实此二人也不完全懂得该所谓定律的意义，所以论述之含义不清。

让我们来看看究竟什么是热力学第二定律。

在地球的重力系统中，物体从高处降落到低处，会释放重力势能给其他系统。即物体从一种高势能状态转变到低势能状态时会向其他系统释放势能。在地球的重力系统中，这种势能是重力势能，重力势能的大小与物体距离地球的位置高低有关。而在热力学系统中，这种势能是热势能，热势能与物体的温度有关。高温物体变为低温物体时会释放热势能给其他系统。

但是在传统热力学中，没有引入热势能的概念，从而导致热力学概念认识模糊混乱。

我们现在从热势能的角度看看，热力学第二定律究竟表达了什么样的物理规律？一个热力学系统物体从高温的高热势能状态，转变为低温的低热势能状态，需要通过另外一个低温热力学系统物体经热传导而实现，因为高温的物体本身不能自发实现这样的变化，必须是通过不同物体系统相互作用而实现，没有系统的相互作用，则高温物体保持状态不变，而低温物体不能向高温物体实现热传导，这是因为热势能只能从高温物体向低温物体传导。这就是所谓的热力学第二定律的内涵。

那么热力学第二定律真的正确吗？表面看似乎很正确，其实是不正确的。对于单纯的单一热力学系统，热力学第二定律是正确的。所谓单纯的单一热力学系统，就是这个系统只有热势能。但是，事实上存在各种复合系统，即一个系统中存在多种不同类型的子系统，譬如说，一个磁石物体，既有热势能，又有磁势能，所以是一个复合系统，这样的一个系统之状态发生变化时，可以不受热力学第二定律之限制，即当磁势能发生变化时，该物体的热势能也可能发生变化，从而使该物体未经热传导而实现升温或者降温变化，在这样的过程中，热势能会与磁势能相互转化。而磁势能是另外的系统参量，与温度、与热势能没有绝对的内在规律。所以我们有可能通过复合系统，而实现第二类永动机，譬如说，可以通过热磁系统，将热势能转变为磁势能，再将磁势能转变为机械势能而为我们所利用。

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