主题：【原创】【原创】简单说说热力学 -- Swell

跑到别的帖子说了半天，想想还是自己写一个吧。科学的历史马马虎虎，争取把概念说明白吧。如果读了此文不再认为熵是道或者乱七八糟的话，我应该就算成功了。

热力学完全是从实践出来的。当年大家一门心思研究发动机，特别是永动机（热力学的两个定律分别就叫第一类，第二类永动机不可能定律）。方法五花八门。只有一个老实巴交的工程师卡诺，认认真真测量烧了多少热量，做了多少功。最后发现没办法把所有的热量全都转化成功。必须耗散出去一点。这个，也就基本是第二定律了。写出来之后，没人当回事，有人看了也认为是错的。直到开尔文那里又加工了一下才得到重视。

耗散出去的热量，和温度成正比，那这个比率就体现出了物体储存热量的能力（其实当时是热质说，当时的理解就是这个量就是对应的热质），就叫做熵。熵和温度，对应的就是体积和压力。体积和压力有多自然，熵和温度就有多自然。唯一的就是这个耗散是不可避免的，所以熵是只能增加的。到这里，完全是通过对实践观察总结出的规律。为什么这样，知道就不叫定律了。

这东西有用，但是到这里也没大用。这个定律说的是一个孤立的系统，不和别人发生力，热和物质交换的情况下的规律，大概就是在宇宙中孤零零的一个恒星什么样子。这实在没啥大用。更有用的是我在实验室做个实验，酒精灯烧到啥程度合适这种问题。这就是一系列的数学模型推导了。长话短说，就是要建立一个系统/环境的模型。你关心的那个东西叫系统，它之外的东西叫环境。你的实验设备叫系统，周围的空气叫环境。然后假设环境是足够大的，不受你的影响。根据系统和环境的边界条件，是恒温啊，恒压啊等等，把熵增加这个定律变成其衍生的最小自由能定律（一堆数学推导，挺唬人但是不难）。这可就有用了。有啥用呢？想想还是举个实际例子吧。特斯拉不是电动车出风头嘛，通用说我们也不能落后。电池组的一个工程师一天看一个文章：某某电池化学反应比现在用的电池储量可以增加一倍。领导听了就上头了，咱们把这玩意研究出来特斯拉还不等着吃灰啊。300迈变600迈，彻底解决充电焦虑。搞，一定要搞。但是电池充电要发热，发热要膨胀。这几个东西是耦合的。只有控制了膨胀，才能正常充电。所以就有一个外力需要多大的问题。拿热力学一算，原来的电池需要的力大概是一个成年人的体重，这个呢？三头大象。好嘛，汽车成装甲车了。哪有免费的午餐？那工程师就放弃了？当然没那么容易，咱们看看能不能找一找充电能力提高一半，但是受力也小一点的办法，这就是用热力学不断寻找平衡点，结果咋样吗？那我就不知道了。

而现在越来越多的问题变成多场耦合问题。没办法，尺寸越来越小，散热问题越来越突出。功能性材料，智能材料。热力学没搞明白是要闹大笑话的。我就看过一次。一个博士讲他的发现，旁边一个教授指出来他做的东西能量可以自发增加。几十页的东西，才几页就讲不下去了。

总之，这是一门关于能量的科学，广泛应用于各个领域。基本的定律或者假设是从实践中观察总结的，历经无数检验暂时还没有发现反例。熵有着明确的定义但是大家更多的是用其衍生的概念去解决实际问题。

这里我没有谈后来的统计力学，玻尔兹曼对热力学的发展，以及统计力学对熵这个概念的发展。这里就是对应很多混沌，混乱度的概念。一个原因是原有的理论是自洽的，这些东西没有也不影响前文的结论。另一方面，还是别绕了，我手机打字也不容易