PDF《关于如何理解物理量熵的若干思考》

? 文章编号:1007 ? 6735(2018)02 ?

0103 ?

07 DOI: 10.

13255/j.cnki.jusst.2018.02.001 关于如何理解物理量熵的若干思考 吴国玢

1 ,????皇甫泉生

2 (1.?上海理工大学?能源与动力工程学院,上海?200093;

?2.?上海理工大学?理学院,上海?200093) 摘要:热力学作为物理学最难理解的一门分支学科,其改革与创新至关重要.通过热力学与电学 之间的类比,引入了基于直觉认知的热荷和热荷量的概念,由此得出熵就是热荷量这一简单而明 确的定义.其结果是,熵(热荷量)与热量这两个不同性质的物理量得以清晰地区分开来,从而不 仅消除了热力学的抽象性,而且还消除了熵这个物理量之前在概念上的模糊性.以全新的面貌出 现的热力学不但有利于我国广大科研和工程技术人员的理解、掌握、应用和创新,有利于提升我 国的科技软实力,而且也有利于大、中学生的物理教学和热力学知识的普及. 关键词:熵;

热荷;

热荷量;

卡尔斯鲁厄物理教程;

物质型物理量;

类比 中图分类号:O?055?文献标志码:A Considerations on how to Understand the Physical Quantity Entropy WU Guobin

1 , HUANGFU Quansheng

2 (1. School of Energy and Power Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China;

2. College of Science, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China) Abstract: It?is?critical?for?thermodynamics,?the?most?difficult?branch?of?physics,?to?be?reformed?and updated.?Through?the?analogy?between?thermodynamics?and?electricity,?the?concepts?of?thermal?charge and?quantity?of?thermal?charge?were?introduced?in?an?intuitive?way,?from?which?a?simple?yet?explicit definition?was?derived?――entropy is the quantity of thermal charge.?As?a?result,?the?two?quantities, i.e.?entropy?(quantity?of?thermal?charge)?and?the?quantity?of?heat?can?be?clearly?distinguished.?This eliminates?not?only?the?abstractness?of?thermodynamics?but?also?the?fuzziness?of?the?original?concept?of entropy.?These?new?ideas?for?thermodynamics?are?expected?to?make?it?easier?for?our?scientists?and engineers?to?understand,?apply?and?innovate,?and?therefore?to?enhance?China'

s?soft?power?in?science?and technology.?Also,?it?should?be?beneficial?to?our?physics?teaching?in?both?universities?and?high?schools, as?well?as?to?the?popularization?of?thermodynamic?knowledge. Keywords: entropy;

thermal charge;

quantity of thermal charge;

Karlsruhe Physics Course (KPK);

substance-like quantity;

analogy ? 上 ?海 ?理 ?工 ?大 ?学 ?学 ?报 第?40?卷?????第?2?期J.?University?of?Shanghai?for?Science?and?Technology Vol.?40????No.?2????2018 收稿日期:2017?12?18 第一作者:吴国玢(1940-),男,教授. 研究方向:工程热物理、物理学、测量技术、科技英语. E-mail: [email protected] 热力学是现代科学技术最重要的基础理论之 一.事实上,目前在解释自然现象、进行科学实 验和理论研究、开发新技术新产品,以及设计制 造现代机器设备和技术装置等各个方面,热力学 所涉及的范围已经超过力学.热力学不仅与人类 生存环境和条件息息相关,而且它的应用几乎无 处不在.除了能源动力、冶金、石油及天然气、 食品、轻工、纺织、化工、生物医药、军事、环保、交通和建筑建材等传统工业领域外,热力学 还在新能源、新材料、新医药、微电子、空间技 术、海洋技术、核应用技术、航空航天发动机、 生命科学、现代农业技术和尖端制造技术等高新 技术领域中发挥着至关重要的作用. 然而,与物理学其他各分支学科相比,热力 学被普遍认为是一门艰深难学的学科.热力学所 包含的诸多抽象概念如熵、焓、自由能、态函 数、循环和可逆性等,增加了人们理解这门学科 的难度.在这些概念当中,熵是最难理解的物理 量之一.科学史告诉我们,热力学的初期发展过 程显现出某种独立特行的色彩.它与当时发展较 为成熟的力学和电学等学科几乎没有什么交集, 因而无法从这些学科获得有力的支撑或借鉴,其 概念亦难以采用与其他学科进行类比的方法来加 以阐明,结果难免遭遇较多曲折,走过较多弯 路,形成所谓的历史包袱 [1] .由于这些曲折或历史 包袱长期沿袭下来而得不到纠正和清理,致使这 门学科变得愈加艰涩费解,不易掌握.不少工程 技术人员在谈及热力学时,坦承自己尽管已工作 多年,但对熵和焓等概念仍有困惑之感.在他们 当中流传着 伤(熵)透脑筋 、 含(焓)含糊 糊 等调侃之语.很明显,这种状况对于正确理 解和运用热力学的理论知识,对于各类新技术的 攻关和新产品的研制,以及大学和中学物理教学 都会产生不利影响. 由此可知,改革热力学这门学科,甩掉它所 背负的历史包袱,重组其概念体系,理顺其内部 结构,使之成为一门简明易学的学科是我国科技 发展和物理教学改革的迫切需求,具有重大的现 实意义.可以预料,这门基础学科的改革如果获 得成功,它所产生出的巨大威力和深远影响必将 不可估量.因为这一改革不仅将有利于我国广大 科研和工程技术人员牢固掌握并熟练运用这门学 科进行创新,有利于提高我国总体科技水平和国 家的软实力,而且有利于物理教学,尤其有利于 提高我国高校目前相对薄弱的基础理论教学和研 究水平.我们相信,只要不断增强创新意识,及 时转变观念,在我国广大物理工作者的共同努力 下,一定会迅速取得这项改革的成功.