热力学第二定律视角下的超导体和永磁体

根据热力学第二定律，一切能量过程都是不可逆过程，都存在能量贬值或能量品质的降低，都有熵产生(不可逆损失)，不存在零熵产生的情况。并且，只要参数确定，就可以准确计算出热力学过程的熵产生(不可逆损失)。

超导体和永磁体作为研究对象，不在热力学研究的范畴，不可能通过热力学定量分析对它们进行讨论。但是，热力学第二定律所揭示的能量贬值或能量品质的降低是具有原则性的规律，任何违反这一原则的说法都存在错误或者不严谨的地方。这里从热力学第二定律的视角，对超导体和永磁体做简要的定性分析。

事实上，永磁体概念中的“永”就不符合热力学第二定律，因为磁体的磁性会随着时间的流逝而衰减。反过来，如果磁体的磁性不发生衰减，就意味着可以利用“永磁体”做出“永动机”，无需额外消耗能量即可不断对外输出有用功，从而颠覆热力学第一定律(即能量守恒定律)，但这是不可能的。因此可以说，在热力学第二定律的视角下，永磁体不是一个科学的概念。

超导现象是1911年荷兰莱顿大学的科学家海克·卡末林·昂内斯(Heike Kamerlingh Onnes) 等人发现的。他们通过测量汞在低温下的导电行为，发现其电阻值在4.2 K以下消失(电阻值小到超出了仪器测量量程(10^-5Ω))，他们称这一现象为超导现象。但根据热力学第二定律，电阻值绝对为0是不可能的，因为输电损耗不可能为0。所谓超导，只是电阻值突然而显著降低现象的文学性表述或渲染，并没有电阻值必然绝对为0的内涵。超导现象表明温度对物体导电性能有重要的影响，温度不能绝对为0(热力学第三定律)，电阻值亦不能绝对为0，二者应该具有关联性。——本人在‘“0”是人类认识世界的基础和方法’一文中对温度、密度及物质所含杂质等不能绝对为0的问题进行了详细分析(https://blog.sciencenet.cn/blog-38693-20219.html)。

另外，“超导现象”的实现须将导体维持在大大低于环境温度的条件，而维持体系处于如此低温的状态需要消耗相当的能量。因此，超导技术用于电力输运，即便导线的电阻降至0，输电的综合损耗亦会非常可观，甚至超过环境温度下的常规输电损耗。

超导是物质的物理特性，揭示这一特性对了解自然有重要意义。超导的某些效果在确保或提高相关设备的特殊性能上有其重要的应用价值，这里的讨论不涉及这方面的问题。但是，以节能为目的超导技术应用恐难以取得所期待的效果，因此不能被“超导”概念所迷惑。