林允宁连草稿纸都没用,只是在答题卡的空白处,画了一个极其简单的示意图——
一个左边连接着高温热源(T₁)、右边连接着低温热源(T₂)的卡诺热机。
坐在他附近的周衍,见到钱教授过来,也忍不住顺着他的目光瞥向林允宁的卷子。
“他在干什么?涂鸦吗?”
周衍看不清上面写了什么,心中立刻升起了巨大的困惑。
林允宁当然不是在画画。
他站在了一个更高的维度来看这道题目。
在他的视角里,这个不可逆的混合过程,其本质,就是一部分本可以用来做功的热量,被白白“浪费”掉了。
而这个“浪费”的量,就可以用一个等效的卡诺热机来衡量!
他没有去计算系统的熵增ΔS_sys。
而是构造了一条可逆的等效路径:
让两部分气体分别与温度为T₁和T₂的热源可逆接触,通过一个卡诺热机在它们之间搬运热量,使系统达到共同的末态温度T_f。
在这条可逆路径上,熵变可以按定义直接计算;
而能量守恒一行就能确定T_f。
“可得功/丧失功”的概念只是帮助理解为什么熵一定要增这么多——并不需要把它写成等式。
他的笔尖在纸上落下,写出了一行让所有物理学家都为之着迷的、充满了哲学思辨的简单推导:
“考虑一个可逆过程,将两部分气体分别与温度为T₁和T₂的热源接触,通过一个卡诺热机,使其达到共同的末态温度T_f。此过程中,热机对外做的最大功为……”
他甚至不需要把数字算到最后。
他只用了能量守恒和熵增原理,几行字,就直接把“为什么是这么多”的逻辑闭环跑完了。
写完最后一个符号,林允宁放下了笔,距离考试结束,还有足足四十分钟。
他随便检查了一遍,便干脆趴在桌上,闭目养神。
昨晚熬夜在啃【数学物理方法】,耗费了他大量的精力。
……
考试结束后,钱立群教授没有立刻就走,而是走上讲台,进行了一场简短的讲评。
当讲到最后一题时,他特意将卫骁和林允宁的两种解法,都用粉笔写在了黑板上。
“卫骁同学的方法,是抓住了‘熵是状态函数’这一核心本质,通过设计巧妙的可逆路径,求解熵变。这是我们解决此类问题的‘
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