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更多的建筑科学
为什么你不能在桌子上放一杯冷咖啡，等一下，然后享用一杯热咖啡？我们一直在相反，但是是什么让热到冷的方向如此特别？如果您已经学习了物理或在建筑科学中进行了一堂课，您已经听说过答案是第二热力学定律。但这真的是什么意思？
啊，热力学第二律法的含义！我也可以问，生命的意义是什么？这是一个有趣的问题，我们可以从很多不同的角度来研究。既然我们谈论的是建立科学而不是物理或哲学，我就不会在这个兔子洞里走得太远。但至少让我们给这个枯燥的概念注入一点活力，这似乎是很多家庭能源评级和建筑分析师课程讨论的终点。
热力学定律
首先，让我们快速回顾一下热力学定律。在今年的建筑科学夏令营上，一位演讲者做了一个很好的总结:
- 你永远赢不了。
- 你不能打破。
- 你只能丢失。
当然，第二定律在第一定律之后。(第零定律也是如此!)第一定律说，科学家们，在他们研究能量流动和转换的所有方式中，从来没有发现任何封闭系统最终的能量大于或小于它开始的能量。你可能知道这个能量守恒定律:能量既不能被创造，也不能被消灭。(也就是说，你永远不会赢。)
在研究能量的流动和转换的过程中，科学家不得不面对热量的事实总是流动一种方式：从热到冷。是的，你可以用热泵将热量从冷的地方转移到热的地方但你必须努力去实现它。然而，即使在这种情况下，从寒冷的外部空气中获取热量，然后将其倾倒到温暖的内部空气的过程涉及热从温暖的物体到寒冷的物体的流动。
热力学定律不像牛顿运动定律那样容易表述，因为第二定律可以有几种不同的形式，但下面是对每种形式的简要说明。如果你想深入了解，维基百科很好地解释了这三个方面热力学定律．
- Zeroth.当前位置两个处于热平衡状态的系统与另一个系统之间也处于热平衡状态。
- 第一个一个封闭的、孤立的系统不会获得或失去能量。热和功是相互联系的，当所有形式的能都考虑在内时，能就守恒了。
- 二:系统的无序性(熵)通常会增加，这意味着热量从热流向冷，从热机获得100%的效率是不可能的。
- 第三：绝对零的温度下，紊乱在完美的晶体中进行零。另一种形式是，在有限数量的步骤中，不可能将任何材料带到绝对零的温度。
数字的力量
许多对第二法的讨论通过使用熵的概念来解释它。我认为更容易掌握它的方法统计力学．当然，我们需要注意大卫·古德斯坦的书中的警告，物质的状态这本书是我对这门学科的入门书:
Ludwig Boltzmann，他的生活中很多学习统计技工，在1906年通过他自己的手去世了。保罗·埃希斯弗斯在1933年同样地死亡。现在轮到了研究统计力学。也许小心翼翼地接近这个主题就是明智的。
好吧，我们不会像他们那样深入，所以无畏的读者们，不要害怕。
想想你现在坐着的房间里的空气。分子均匀地分布在房间里吗?还是它们是聚集在一起的?除非你在一个非常奇怪的房间里，否则它们是均匀分布的。所有的氮、氧和其他气体分子都在随机地跳动，充满了房间里的所有空间。
统计力学试图理解的一件事是一个系统，比如你房间里的空气，可能处于任何特定状态的可能性。一种状态可能是所有的空气都聚集在房间的一个角落，让你喘不过气来。事实证明，这种状态不太可能发生，所以我们可以非常肯定地说，它永远不会发生。
你买了那个大彩票奖金的票吗？你的获胜的几率可能是20万次。我没有，因为我不喜欢扔掉钱。那些赔率只是对我的吸引力。
当我们谈论的是分子而不是彩票时，如果所有的空气分子都集中在房间的一个角落里，那么“头奖”的几率就会非常非常小。首先，想想所涉及的粒子数量。我们说的是阿伏伽德罗常数，或者是10的23次方。郑重声明，阿伏伽德罗的号码是
602000000000000000000000年
当我们开始讨论这些分子可能处于的所有状态时，这些数会变得非常大。主要的结果是，像所有分子在一个角落里这样不寻常状态的概率是微乎其微的。不，它们比极小的还要小。拿你中彩票头奖的几率除以一百万。然后一遍又一遍地做……
换句话说，它不会发生。
热流和时间之箭
现在，回到热从热到冷的问题，同样的道理。是的，房间里的热量会流进你的冷咖啡里。但它不会，因为这样的物质状态的概率是非常非常小的。就像所有的空气分子都聚集在房间的一个角落里。
另一个用来讨论这种现象的短语是“时间之箭”。如果我们倒着看电影，我们看到的很多东西都很有趣，因为我们知道事情不是这样的。例如，上图中的烟雾在空气中扩散，变得不可见。这些烟雾分子聚集在一起的状态是如此的不可能，以至于我们知道如果我们看到这种情况发生，电影一定是在逆着时间之箭倒转。同样，一个破碎的鸡蛋不可能自然地变得完整，一杯冷咖啡也不可能突然变热。
奥斯卡·王尔德(Oscar Wilde)在谈到尼亚加拉大瀑布时清楚地理解了时间之箭，“如果它从另一个方向流动，会更令人印象深刻。”
让我们还记得Homer Simpson当她带他带来一个永恒的运动机器时，这是一款刚刚保持更快，更快的机器：“在这个房子里，我们遵守热力学的定律。”
佐治亚州迪凯特的Allison Bailes是一名经resnet认证的能源顾问、培训师和《能源先锋博客．你可以在Twitter上关注他Energyvanguard.
15评论
这三个法律
艾莉森，
许多科学家总结了这三个定律;我熟悉的一个版本是“你赢不了”、“你无法收支平衡”和“你无法退出游戏”。
关于第三律（涉及到达绝对零的不可能性），我喜欢Henry Gifford的解释：一种物质不能达到绝对零，因为“你必须有一些更冷的东西吸收最后一点的热量。”
最后一个词是霍默·辛普森(Homer Simpson)，他对丽莎(摆弄永动机)的回应是一句令人难忘的话:“在这个房子里，我们遵守热力学定律!”
[后来编辑：我看到回应我的建议，艾莉森已经向博客结束时添加了本垒打辛普森报价。谢谢，艾莉森。毕竟，建设科学博主不会有机会引用荷马辛普森 - 所以我们不想让机会逃脱。]
当然!
马丁,
是的，我已经把荷马的名言加到文章的结尾了。我在其他时候也用过很多次，但不知怎么的，本文一开始就没有用到它。谢谢你的提醒。
关于第三定律，亨利的观点非常简单，但物理学家们已经通过其他方法获得了非常低的温度，而不是将热量从一个物体传递给更冷的物体。液氦的温度下降到4 K左右，然后你必须开始使用其他方法来提取能量，我记得主要是磁性的。我在佛罗里达大学(University of Florida)做研究生工作的地方，有一个叫做微开尔文实验室(MicroKelvin Lab)的设施，它创造了创纪录的低温。
水分子
艾莉森，
如果房间里的绝对湿度很高....
难道水分子不可能在顶部或峰值附近有一个浓度吗?
分层
这不是很可能在房间里的大多数空气分子都会分层......
地板附近会有分子浓度?
回应John Brooks
好问题,约翰。首先，与我在文章中提到的结块相比，任何你可能在一个房间中发现的由于浮力或其他力的不均匀性都是很小的。你提到的那种宏观状态是很有可能的，并且取决于条件。
我不认为在均匀分布的空气和水蒸气样本中会有很多分层，因为这是扩散的结果。同时，我们也应该记住比尔·罗斯在他的精彩著作中所写的，水建筑：
“空气中水分的数量几乎纯粹是边界表面温度和湿度的函数，而不是空气本身的任何特性。”
当你有一团干燥的空气和一团潮湿的空气，就像气象学家研究的空气，这是…
等一下!你是在引导我讨论吗堆栈效应再一次?~);
如果——
我热切地读着这篇文章，希望从中学到些什么。我相信我学到了一点。但是，如果我要写一篇关于热力学第二定律的文章，我至少会在某个地方准确地说明这个定律是什么。是的，我想这与热空气向冷空气移动有关。但你却无法用白纸黑字来描述它的本质。你给我们的不是简单的“三大法则”，而是“你不可能赢”之类的笑话。如果我们不了解内部笑话背后的知识，内部笑话又有什么用呢?你确实给了我们第一定律，但没有给我们第三定律，你在没有给我们一个理解第二定律的坚实基础的情况下就开始阐述第二定律背后的逻辑。你的整个观点似乎是，嘿，这里的每个人都知道第二定律是什么，所以我就稍微重复一下。不。 I do not know what it is. I would like to learn. Would you teach me, please? (Or am I supposed to go to Wikipedia before reading?)
顺便说一下，无论是在GBA还是在Energy Vanguard，我都非常重视Allison Bailie的评论。我只是对这件事很失望。如果我是编辑，我会把它寄回去重写。
好…不只是我
Allison，关于图片1
你能解释一下烟雾上升和消散是如何证明热力学第二定律的吗?
你可能知道“烟雾”（如热空气）并不总是上升。
去维基百科看看
去维基男孩....吧热力学上有很多东西，你们俩的熵肯定会改变，但我不确定是哪一种方式，因为你们俩都是生命形式，在特定的空间和时间里自生逆转。
这是问题。熵和无序的进程是否驱动着指数分形粗糙的引擎，让生命形态、秩序、整个宇宙的重复重生，而不是热死亡?
战斗是。
因为艾莉森很忙……
戈登•泰勒
我将尝试说明热力学三定律。我相信Allison Bailes最终会回复你的评论。
1.第一定律通常被称为能量守恒定律。它可以用很多方式来表述。例如:
虽然能量可以从一个系统转移到另一个系统，但它既不能创造也不能被破坏，缺乏核反应。
宇宙中可用的总能量是恒定的。
二法律通常被称为熵的法则。它可以说出各种方式：
能量（或物质）的质量随着时间的推移而恶化。
虽然能量可以从一种形式转化为另一种形式，但在这个过程中总有一些东西丢失了。
热永远不会自发地从较冷的物体传到较热的物体。
随着时间的推移，宇宙中的能量和物质都变得越来越没用。
热从热的物体到冷的物体的自发流动只有在消耗机械能或其他非热能的情况下才能可逆。
除非在系统中加入工作，否则不可能通过周期性过程从较低温度的东西移动到更高的温度的东西。
3.第三定律适用于绝对零度(0°K)。
虽然很接近绝对零度是可能的，但要达到绝对零度却是不可能的。
在绝对零度，所有分子的热运动(动能)将停止，所有物体将具有相同的熵。但是因为熵不能通过有限的方法降到零(根据第二定律)，没有一个系统可以达到绝对零。
顺便说一下
艾利森贴出来的烟雾图像非常迷人/有启发性。
烟雾和灯光显示出一种中性压力表面或膜
回应戈登·泰勒
戈登，你绝对是正确的。我撰写了思考我在建立科学讨论中听到并读过第二次法律的文章，并且总是刚刚被抛出作为理由，因为因此可以从更高的温度从更高的温度移动到较低的温度。我已经添加了另一部分简要说明了3个法律，但正如我那里所提到的那样，这些法律并不像牛顿的议案定律那么容易陈述。有许多形式的，熵的整个概念需要一段时间才能理解。马丁的解释也是法律的概述。
立即在网站访问中耗尽并查看导管的迷你分体式热泵安装。John Brooks后来，我会回来查看你的问题。
在这里很酷......
我期待着了解更多。
热力学
关于热力学定律，我们都面临的一个问题是，它们是数学表达式，而不是语义表达式。
“你不应该偷窃”对我们大多数人来说是相当清楚的。
熵、绝对零度和任何涉及量子这个词的东西都不只是几句话(和/或啤酒)那么简单。
我认为任何试图用文字来解释热力学定律的人都应该有很大的自由度，因为文字只是一种近似值，总有一些不足之处。
话虽如此，我认为同样重要的是要记住，数学也是我们解释事物的最佳尝试，更重要的是要记住和研究事实的本来情况:球从山上滚下来，热从热到冷，等等。不幸的是，水蒸气确实会给系统带来麻烦，因为它涉及许多变量——温度、压力、化学势等。
谢谢艾莉森和马丁，了解难题的讨论中的困难受益。
关于烟&第二定律——对约翰·布鲁克斯的回应
约翰，照片中的烟雾扩散是通过扩散过程发生的，分子通过碰撞的随机动力作用扩散。在基础建筑科学课程中，比如HERS评分培训，你会学到热从热到冷，水从湿到干，空气从高压到低压。
在上面的文章中，我写了一个房间里的所有空气分子突然发现自己在房间的一个小角落里是多么不可能的事情，因为这就像热量从冷到热一样。这和烟是一样的。它会从更集中的地方扩散到更不集中的地方，一旦这样，它重新聚集在一起的几率几乎为零。这就是第二定律的作用。
重用热量
所有建筑物（除非您认为没有墙壁的建筑物）将在一定程度上抵抗热流。如果添加绝缘材料，则会增加R值或对热流的阻力。但无论你使用热量如何，都会流动。可以捕获热量并将其移回最所希望的结构壁的侧面。能量将消耗在移动热量时。冷却结构比加热它会不太经济。但是，如果需要在结构中保持尽可能多的热量，所以用于移动热量的能量也可用于加热结构。因此，保持热量的成本低于保持散热！使用结构的墙壁和屋顶，如结构尺寸的HRV。
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