集智俱樂部熱力學(xué)與進(jìn)化論小組第五次活動(dòng)總結(jié)(參考版)
2025-06-26 06:55本頁面
【正文】 具體玩法： 點(diǎn)擊按鈕 點(diǎn)擊按鈕 其他按鈕均為分步驟的熱機(jī)循環(huán)過程。尤其指出了有用的能量（輸出功）就相當(dāng)于同步的能量。另外，為了系統(tǒng)能在準(zhǔn)靜態(tài)中運(yùn)行，我們讓系統(tǒng)每運(yùn)行滑塊所指定的周期之后，才會(huì)于紅色或者黃色物質(zhì)相互作用。升溫的過程，并且最后升溫達(dá)到的頂點(diǎn)與系統(tǒng)溫度的初始點(diǎn)很相似，這保證了系統(tǒng)可以回到初始狀態(tài)下的溫度。、系統(tǒng)總的運(yùn)行圖下圖是整個(gè)運(yùn)行過程中熱機(jī)中的溫度隨時(shí)間的變化我們看到它有一個(gè)降溫224。所以系統(tǒng)的溫度相應(yīng)升高。粒子與黃色物質(zhì)發(fā)生交互的規(guī)則不變。就表示方格數(shù)量的增加。粒子與黃色方格交互的規(guī)則為：l 當(dāng)一個(gè)粒子與一個(gè)黃色方格碰撞：n 粒子被彈回，而不會(huì)被吸收n 黃色方格增加一個(gè)單位n 一個(gè)庫中的粒子會(huì)從該方格發(fā)射出去l 當(dāng)個(gè)粒子與一個(gè)黃色方格同時(shí)碰撞：n 個(gè)粒子都被彈回n 黃色方格增加一個(gè)單位n 個(gè)粒子從庫中發(fā)射出來進(jìn)入熱機(jī)系統(tǒng)這個(gè)階段過程模擬了外界系統(tǒng)對氣體做功的過程。如下圖，熱機(jī)開始與低溫?zé)嵩唇佑|，低溫?zé)嵩磁c高溫?zé)嵩聪嗤?，始終保持溫度不變。但是由于粒子撞擊紅色物質(zhì)會(huì)被吸收，而熱源不能再補(bǔ)充新的粒子給熱機(jī)，所以熱機(jī)中的粒子數(shù)在減少，同時(shí)體積在膨脹，所以總體的溫度會(huì)降低。 絕熱膨脹當(dāng)紅色的物質(zhì)減少到一定程度之后，系統(tǒng)進(jìn)入第二個(gè)階段：絕熱膨脹。粒子在運(yùn)行過程中可以與下面的紅色物質(zhì)發(fā)生相互作用，相互作用規(guī)則是：l 當(dāng)某個(gè)粒子與一個(gè)方格的紅色物質(zhì)碰撞，則：a) 該粒子被紅色物質(zhì)當(dāng)作有用功吸收b) 紅色物質(zhì)減少一個(gè)方格，表示氣體膨脹，空間增加l 當(dāng)多個(gè)粒子同時(shí)與一個(gè)方格的紅色物質(zhì)碰撞，則：a) 所有這些粒子被當(dāng)作有用功吸收b) 紅色物質(zhì)僅減少一個(gè)方格c) 這種情況模擬了真實(shí)卡諾熱機(jī)增加氣體壓強(qiáng)的情況，即大量粒子的同步性就是壓強(qiáng)。這是一個(gè)廣義的熱力學(xué)系統(tǒng)，其中：廣義能量：某一個(gè)系統(tǒng)中粒子數(shù)目廣義溫度：某一區(qū)域中平均粒子密度（粒子數(shù)區(qū)域面積）該系統(tǒng)滿足：公理：粒子在轉(zhuǎn)移的過程中守恒（廣義能量守恒）公理：粒子會(huì)自發(fā)從高溫區(qū)域流向低溫區(qū)域整個(gè)模擬系統(tǒng)運(yùn)作分成個(gè)階段，與真實(shí)的卡諾熱機(jī)相仿 等溫膨脹熱機(jī)與高溫?zé)嵩窗l(fā)生熱接觸，粒子可以自由流進(jìn)熱機(jī)，熱機(jī)的粒子也可以自由流到熱源中。左上角的矩形區(qū)域?yàn)楦邷責(zé)嵩?，底下的長條黑色區(qū)域紅色區(qū)域?yàn)榭ㄖZ熱機(jī)。其中黑色的區(qū)域?yàn)樽杂煽臻g，彩色的小圓球?yàn)殡S機(jī)運(yùn)動(dòng)的粒子，紅色的區(qū)域?yàn)槟M卡諾熱機(jī)的活塞，粒子可以與紅色區(qū)域發(fā)生特定作用。還有卡諾熱機(jī)就等價(jià)于可逆熱機(jī)的重要性！三、模擬卡諾熱機(jī)按照上一節(jié)的討論，熱力學(xué)框架完全可以廣義化，因此，我們做了一個(gè)特定的與經(jīng)典熱力學(xué)“神似”的模擬系統(tǒng)：模擬卡諾熱機(jī)。然而，即使這樣，我們也能清楚地看到整個(gè)熱力學(xué)的框架。從這個(gè)不算嚴(yán)格的公理化體系中，我們看到熱力學(xué)其實(shí)討論的是一類系統(tǒng)的性質(zhì)，它不僅僅局限于描述熱物理系統(tǒng)，也很有可能描述類似經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、水流系統(tǒng)等其他系統(tǒng)。
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