[科學發展] 熱力學
熱力學 < 摘自科學發展月刊377期 2004年5月 4～5頁 >
專題特邀編輯：周更生（國立清華大學 化學工程學系 教授）
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熱力學是一門討論伴隨不同現象，各種形式的能量，以及彼此間轉換效率或
轉換限制等等的學問。專輯中〈熱力學的發展簡史〉一文，介紹了教科書中所
出現的許多前輩大師，也說明了熱力學三個基本定律的發展簡史，當今的熱力
學就是由這些基本定律，經過科學家逐漸推理衍生出來，並將之應用到不同的
系統上。
這些熱力學的定律發展至今不過百餘年，但卻顛撲不破，並可做為驗證事情
真偽的基準，只要沒有違背熱力學的基本定律，就是「可能的」，反之；則一
定不可能，在〈生活中的熱力學〉中所舉的一些例子，就是這種觀念的應用。
在熱力學基本定律當中，大概以第二定律最不容易理解，本期專輯內，有兩
篇文章談到第二定律衍生的「熵」， 其中〈資訊與熵〉， 深入淺出，讓我們
知道熵是系統內部不能拿來作功的能量的量度，而且它永遠往增加的方向走，
伴隨而來的則是資訊的損失。而〈高熵合金〉一文，則說明了如何將熱力學高
熵高亂度的觀念帶進了材料科學的領域。在高熵合金中，高熵的結果不但使其
微結構簡化，更使之奈米化與非晶質化，促使合金材料呈現一些特殊性質，因
而增加了應用的潛力。
在熱力學的工程應用方面，由熱力學觀點而言，所有動力機械的核心都是將
可用能量轉換作功的程序，另外一個應用則反過來，就是作功將熱量移走，達
到冷卻的目的。在〈膨脹與冷卻的應用〉中，特別針對焦耳－湯普森的膨脹冷
卻作用加以介紹，實際上透過工程設計，利用這種原理可以達到讓氫氣液化的
低溫，本篇也提到冷凍的一種新用途，就是用於殺死癌細胞，但如何建立一套
溫度降得夠低，又不會太貴的系統，還有待工程師的努力。
在〈雲、雨、霧的形成 ─ 談日常生活中的成核現象〉一文中，就空氣中水—
汽變化與熱力學的關聯性，說明了自然界的一些變化，也同樣遵循熱力學的原
理。由熱力學的觀點言之，所有的系統最終都希望達到平衡狀態，空氣中的水
汽如果超過平衡狀態下的飽和數值，系統就不穩定，會發生相變化，以改變過
飽和的狀態，當然相變化發生的速率可能很慢，除非過飽和的程度很大，或利
用外界的某些刺激以促進相變化，人造雨就是最佳的實例。
最後，希望透過這些文章，能夠幫助各位讀者增加對熱力學的認知，並體會
到它與我們日常生活的關係。
----------------------------------------------------------- 完 -----------
資料來源： 《科學發展》2004年 5月，377期，4～5頁
http://nr.stic.gov.tw/ejournal/Nscm/9305/9305-00.pdf
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