高等工程热力学.doc

研究生课程考核试卷（适用于课程论文、提交报告）科 目： 高等工程热力学 教 师： 赵良举 姓 名： 康道远 学 号： 20121002029 专 业： 动力工程及工程热物理 类 别： 学术 上课时间： 20 13 年 2 月至20 13 年 5 月 考 生 成 绩：卷面成绩平时成绩课程综合成绩阅卷评语： 阅卷教师 (签名) 重庆大学研究生院制1高等工程热力学课程报告关妖精的瓶子詹姆斯克拉克麦克斯韦，英国物理学家、数学家。经典电动力学的创始人，统计物理学的奠基人之一。科学史上，称牛顿把天上和地上的运动规律统一起来，是实现第一次大综合，麦克斯韦把电、光统一起来，是实现第二次大综合，因此应与牛顿齐名。1873年出版的论电和磁，也被尊为继牛顿自然哲学的数学原理之后的一部最重要的物理学经典。麦克斯韦被普遍认为是对二十世纪最有影响力的十九世纪物理学家。没有电磁学就没有现代电工学，也就不可能有现代文明。詹姆斯克拉克麦克斯韦是伟大的英国物理学家，经典电磁理论的创始人。麦克斯韦主要从事电磁理论、分子物理学、统计物理学、光学、力学、弹性理论方面的 研究。尤其是他建立的电磁场理论，将电学、磁学、光学统一起来，是19世纪物理学发展的最光辉的成果，是科学史上最伟大的综合之一。他预言了电磁波的存在。这种理论预见后来得到了充分的实验验证。他为物理学树起了一座丰碑。造福于人类的无线电技术，就是以电磁场理论为基础发展起来的。麦克斯韦大约于1855年开始研究电磁学，在潜心研究了法拉第关于电磁学方面的新理论和思想之后，坚信法拉第的新理论包含着真理。于是他抱着给法拉第的理论“提供数学方法基础”的愿望，决心把法拉第的天才思想以清晰准确的数学形式表示出来。他在前人成就的基础上，对整个电磁现象作了系统、全面的研究，凭借他高深的数学造诣和丰富的想象力接连发表了电磁场理论的三篇论文：论法拉第的力线（1855年12月至1856年2月）；论物理的力线（1861至1862年）；电磁场的动力学理论（1864年12月8日）。对前人和他自己的工作进行了综合概括，将电磁场理论用简洁、对称、完美数学形式表示出来，经后人整理和改写，成为经典电动力学主要基础的麦克斯韦方程组。据此，1865年他预言了电磁波的存在，电磁波只可能是横波，并推导出电磁波的传播速度等于光速，同时得出结论：光是电磁波的一种形式，揭示了光现象和电磁现象之间的联系。1888年德国物理学家赫兹用实验验证了电磁波的存在。一般认为麦克斯韦是从牛顿到爱因斯坦这一整个阶段中最伟大的理论物理学家。1879年他在48岁时因病与世长辞。他光辉的生涯就这样过早地结束了。麦克斯韦生前没有享受到他应得的荣誉，因为他的科学思想和科学方法的重要意义直到20世纪科学革命来临时才充分体现出来。然而他没能看到科学革命的发生。1879年11月5日，麦克斯韦因病在剑桥逝世，年仅48岁。那一年正好爱因斯坦出生。下面就向大家介绍一个关于麦克斯韦的有趣故事。我们先从热力学第二定律谈起：封闭系统中的熵永不减少，因为应为封闭系统自发向热力学平衡状态（热平衡，机械平衡，辐射平衡，化学平衡）方向演化，而热力学平衡状态即最大熵状态。热力学第二定律是由经验得来，但是通过量子物理学理解和证明。让我们换一个角度理解熵：热力学平衡状态熵最高状态即封闭系统不可做功状态，熵的大小与封闭系统的做功能力反相关于是我们就要提到麦克斯韦妖了，这是麦克斯韦于1867年提出的思想试验，里面假设了一种生物，或者说是什么东西，总之很难说清楚，于是她称他为“妖”。麦克斯韦妖是在物理学中，假想的能探测并控制单个分子运动的“类人妖”或功能相同的机制，是1871年由19世纪英国物理学家麦克斯韦为了说明违反热力学第二定律的可能性而设想的。当时麦克斯韦意识到自然界存在着与熵增加相拮抗的能量控制机制，但他无法清晰地说明这种机制，他只能诙谐的假定一种“妖”，能够按照某种秩序和规则把作随机热运动的微粒分配到一定的相格里。麦克斯韦妖是耗散结构的一个雏形。你可以把她想象成这样如果我们设想一种感官敏捷到足以追踪每一个分子轨迹的存在，这种存在，即时用她和我们一样有限的能力，也可以为我们之不可能。我们知道，在封闭容器中，温度处处相等的气体移动速度并不相同，尽管如果几次从气体分子中抽取大量样本后计算平均速度的结果会基本相同。现在我们将这个容器分为两个部分，A与B，他们中由一个小孔相通。那个可以追踪每一个分子的存在控制这个小孔的开合，她仅仅准许A中较快的分子进入，B中较慢的分子进入A。那么她将会升高B的温度并且降低A的温度。于是我们可以利用A与B之间的温差做功，即系统熵减，这破坏了热力学平衡。根据第二热力学定律，那么这种存在的所做所为必将相应的导致了自身的熵增，以减少了外界的熵。然而他的所做所为是什么？取得分子的速度大小的信息以及开关小孔罢了，而后者所产生的熵近乎可以忽略不计。 于是可以得出结论：获取信息的行为导致了系统的熵减，信息的本质即为能量，即为负熵。信息即为负熵，我们的世界就是因为宇宙没有达到热力学平衡才存在的。那么，欺骗就为反世界罪。是谁将欺骗的原罪带到这个世界上的呢？ 没错，是可恶的情侣，他们之间的相互欺骗! 于是