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2016-01-01科學中的宗教—熱力學狂熱
553 期
Author 作者
陳信文。林伯翰。楊子慶。
熱力學發展於19世紀中，其發展之推動力主要是來自於對蒸汽機之興趣。熱力學（thermodynamics）一詞，是由英國的湯姆生（William Thomson），於1854年首次提出。熱力學是多數理工科系之必修課程，熱力學第一與第二定律也不斷的出現在許多課程之中。熱力學的第一定律是「雖然能量有許多不同之形式，但是能量之總量是固定的；當某種形式的能量消失之時，另一種形式的能量必同時出現。」
熱力學第二定律的陳述方式較多，較著名的是以下二種。第一種是「沒有一項裝置可以在不改變系統與環境的條件下，只將系統所吸收的熱量完全轉換成系統所做的功」；第二種是「在所有狀況都不改變的條件下，只將熱從低溫移轉至高溫的程序是不存在的」。熱力學的討論主要是探討程序與系統之驅動力，但是並不討論阻力，因此也無法推知速率。
其實除了是重要之課程之外，關於熱力學的笑話也不少，以下是較著名的二則。第一則笑話是：不要和朋友討論「宗教」、「政治」與「熱力學」，因為此三者都是信仰。第二則笑話是：地獄各處應是等溫，因為若非等溫，則地獄中熟悉熱力學的專家，就會利用溫差創造冷卻之裝置，進而閃躲了煉獄之懲罰。稍有瞭解熱力學的人，對第一則笑話應是會心一笑，因為熱力學著名的二項定律，確實是並無推導證明之過程，而是在迄今無反例所得之結論。不過若是以「熱力學」對各不同理工學科相同之重要影響而言，將熱力學與宗教等量齊觀；說熱力學是科學中的宗教應屬為合理陳述。對於第二則笑話，則多數人應會不以為然。
熱力學定律說什麼？
第一定律的基本概念是能量守恆。在第一定律中，將存在物質中的能量，稱為「內能」，一般是以「U」來表示。依據「內能」，再定義著名的「焓（enthalpy）」，通常是以「H」來表示，而H=U+PV，此處之P 與V 分別為系統的壓力與體積。在能量守恆的觀念下，可以進一步推導出功能轉換的關係，這也是一般熱機（heat engine）之基礎。所謂熱機即是指吸收熱量以對外界做功的機器，蒸汽機就是傳統上討論之熱機對象。在動能與位能無改變的條件下，能量守恆就常以如下之數學式來敘述：ΔU ＝ ΔQ+ΔW。ΔU是指內能之改變，ΔQ 是指傳進系統之熱量，ΔW是指對系統所做的功。......【更多內容請閱讀科學月刊第553期】