德国爱德华久保热力学和物质动力学基金会

作者:Georg Job

新概念热力学

新概念热力学

热力学通常被认为是一门艰深而抽象的学科,尤其对于初学者来说更是如此。热力学的发展过程显现出某种任意性,而且和力学和电学等学科也几乎没有关系,因而其种种概念不易用与物理学其它分支学科作类比的方法来加以阐明。各种各样不同的抽象物理量如熵、焓、态函数、自由能、可逆性和潜热等,使学生很难掌握好这门学科的全盘概念。

例如,关于“热”的传统观念就暴露出了理论和直觉感知之间的矛盾。在日常经验中,热被认为是可以从火炉里产生出来,维持房间暖和,并且能随空气从打开的窗子里逸走的某种东西。然而从物理学的角度来看,热是从一个物体传递到另一物体的能量的一种形式,而并非是物体的一种固有属性。若用数学语言来描述,那么热量Q并不是状态的函数, 因此其微分dQ是不完全的。当那些即便是接受过良好科技教育的人也难以厘清其间关系的时候,这种理论和直觉之间的冲突就表现得特别明显。针对这种情况,我们采用了一种不同于以往物理教科书中所叙述的关于热的概念,成功地解决了我们所面对的各种问题。我们在一些中学和大学的物理教学实践中多年采用新概念,居然坚持了下来,如今已牢牢地站住了脚。由此可见,创建一种以热的直觉概念为基础的理论是完全值得的。目前,尝试改变原有局面所做的努力已经获得成功,人们所熟知的热力学理论已经从一个全新的起点开始发展。由此产生的热力学教学框架也相应地建立在新的基础之上,它在概念上重新布局,摒弃了所有不必要的参数。除此以外,新方法还有一个优点,那就是其数学上严密性。当然,它对于一个多世纪以来常规思维方式的离经叛道也肯定有其不利的一面。

Dr. G. Job的著作《新概念热力学》中文版(ISB 978-7-5628-2719-1)于2010年5月由华东理工大学出版社出版。