严格区分两种不同“百分之百”

 

现代热力学—两种“百分之百”

  

谢谢曹天德博士提出的批评博文。同时物理口的学者也众所周知的是：数学表达式往往是最严谨基础概念的定义。在这一点上我从第一篇现代热力学1:扩展卡诺定理博文中就用图表明确地列出。“如果有一块理想的太阳能电池板可以把太阳光没有耗散100%地转换成电能, 那就一定是效率最高的.”而非耗散热力学的数学表达式就是：[d_iS₁ < 0, d_iS₂ > 0 & d_iS = 0]。

而且特别是相应的数学表达式是贯穿着我整个相关博文中。

这两句话至今没有错。但是在文字表达的“100%”上确实存在着两种不同的理解。例如:

1.      在我已经出版的中文版新书中太阳能电池的例子表述如下：(p.4)[如果有一个太阳能电池能够在没有可利用能量耗散(即非耗散)条件下把太阳能转变为电能(即百分之百地实现可利用能量转换), 那么它的能量转变效率一定是最高.]。这样的表述是非常严谨的。

2.      的确，其他地方可能有我的疏漏。可是在讨论中最明确提出来的是云平老师的原话：“我理解的100％效率是指所有光子都被吸收并且所有光子能量都转换成电能。”

其实这两种不同的表述是有本质区别的。

 

根据曹天德博士的批评，我把“非耗散”等关键概念都明确表述和部分引用如下：

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1.      四个基本概念

“可逆”（的能量转换）从平衡初态到平衡终态再回到初态而不留下任何其他变化，数学表达式为[d_iS₁ = 0, d_iS₂ = 0 & d_iS = 0]或[d_iS_{p（过程）} = d_iS = 0]。

“不可逆”（的能量转换）从平衡初态到平衡终态再回到初态而留下任何其他变化，数学表达式为[d_iS_{p（过程）} = d_iS > 0]。

“非耗散”（的能量转换）从非平衡初态到非平衡终态而没有可利用能量相关的消耗和散失,数学表达式为[d_iS₁ < 0, d_iS₂ > 0 & d_iS = 0]。

“耗散”（的能量转换）从非平衡初态到非平衡终态而产生可利用能量相关的消耗和散失,[d_iS₁ < 0, d_iS₂ > 0 & d_iS > 0]。

[注：本博文中使用的“非耗散”一词都是狭义的，广义的“非耗散”定义可以是：从初态到终态而没有可利用能量相关的消耗和散失,数学表达式为[d_iS₁ ≤ 0, d_iS₂ ≥ 0 & d_iS = 0]。]。这样就可以把“可逆”作为“非耗散”的特例

规则1. 在一个三段论中，必须有而且只能有三个不同的概念。

本次讨论只使用前三个。为简化括号中（的能量转换）文字在以下讨论中被省略。

 

2.      我主张我举证

例1. 理想的极限非耗散太阳能电池（即100%的可利用能量转换效率）是不可逆的，也符合热力学第二定律。

例2. 理想的的极限非耗散燃料电池（即100%的可利用能量转换效率）是不可逆的，也符合热力学第二定律。

这样的例子太多了。对理想极限的非耗散（或可逆）蒸汽机就也是可利用能量的100%的转换效率，但是这个可利用能量转换的100%结果仅仅相当于卡诺热机的热功转换效率，否则就违反热力学第二定律。因此区别“非耗散”和 “可逆”就很有意义。自然界大量宏观变化都是从非平衡态到另一个非平衡态，根本无法想象理想的极限为“可逆”，这是根本不需要的。这样一下子就把思想从经典热力学中解放出来。

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