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人们发现热量总是从温度更高的物体传递给温度较低的物体。
也就是说,一个只有25摄氏度的物体不会传递自身的热量给一个100摄氏度的物体。
考虑到物体的温度是组成物体的分子震动产生的外在表现,这就好理解了:震动频率更高的物体会使得震动频率较低的物体加快震动,但这个过程反过来并不能成立。
所以,在较高温度下,冰块会融化成水,它的分子结构变得松散,并且会吸收热量。
相反,冰箱可以让食物在炎热的环境中保持低温,但是这个过程需要持续的电流输入,来提供充足的外来能量补给。
但人体是一个例外,人体是一个没有遵守热力学平衡规则的系统。
在天气寒冷时,我们的体温并不会下降到和环境温度一样;当夏天到来时,我们的体温也不会高达40摄氏度。
体温之所以一直保持在36摄氏度左右,是因为这是能够让身体各个器官正常运作的最佳温度(除了我们生病、发烧等特殊情况)。
另外,人体是一个非常有秩序的系统,其中各个器官、组织、细胞都在有序运转……我们到底是怎么做到在违背热力学定律的情况下仍能安稳地生存在世界上的呢?这是因为,我们一直靠进食来补充自身消耗掉的能量。
人类摄入各种各样的食物,并且消化掉这些食物,使其变成二氧化碳、氨化合物和其他被分解的有机物。
也就是说,我们解构了环境中的各种成分,使其变得无序,以维持人体的秩序。
可以说,人类一直在同熵增定律进行抗争。
当一个人和环境保持了热力学平衡时,则意味着一个很可怕的事实:这个人已经死了—因为尸体会和环境温度一样,而不会保持在36度。
科学逸事:确实,热量会从温度较高的物体传到温度较低的物体上。
如果想要逆转这个过程,则需要外来能量的支持。
那么,可以降低水温的陶罐是怎么实现降温的呢?要知道,在30摄氏度的环境中,这个简单的容器(古罗马时期就有了)可以让热水降温到10摄氏度,并且耗时很短,整个过程不到一小时。
这是因为陶罐的表面有很多细密的孔,能够让装在罐子里的水渗到外面(所以我们会说,罐子好像出汗了,从本质上来讲,这和人体出汗降温的原理是一样的)。
在陶罐内部,这些温度很高的水分子处于极其活跃的运动状态,相互撞击,在空气的作用下,会在陶罐内壁形成一团水蒸气,这些水蒸气紧贴陶罐,并进入陶罐壁上细密的空隙中,离开陶罐内部。
这样慢慢地,内部水分子变少了,运动状态也不再活跃,水温便降下来了。
值得一提的是,来自马德里理工大学的两位西班牙研究学者加布列尔·品多和何塞·伊格纳西奥列出一个简单的热力学公式,来描述球形陶罐降水温的这个过程。
虽然公式很简单,但是很具有现实意义。
当宇宙的熵值达到无限大以至于无法再增长的时候,在热力学上,宇宙就已经处于死亡状态了,因为此时宇宙中的一切物体都处于热力学的平衡状态,宇宙的温度也会到达绝对零度。
在这种情况下,不会再有任何能量可以用来做功,就好像天塌下来然后世间万物都崩塌了一般。
但幸好,宇宙要达到这个状态至少还要10100年的时间。
除了宇宙的崩塌之外,热力学第二定律在我们的生活中还有一个更为常见的表现—我们在做功的过程中始终会消耗掉部分能量,即我们不能够实现百分百的能量转换,做功的过程中总会将部分能量以热能的形式浪费掉—机器在运转时会发烫变热—而且这种变热并不是我们想要的结果。
这种变热是一种对我们投入的能量的浪费。
从这个意义上来说,一台机器永远无法百分百地实现能量的转化。
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