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本文用量子力学的语言重新解读了热力学第一定律。二能级的量子系统是量子力学里最简单的系统,介绍了工作物质为二能级量子系统的量子热机,它经过量子绝热过程和与热源进行热量传输的过程完成一个工作循环。
文章通过对二能级量子热机的认识,以及对做功和热量传输的量子解释,我们对热力学第二定律的本质内涵进行了更清晰的阐述。特别的,在量子领域里,如果要求一个量子热机对外做功的话,仅仅要求两个热源有不同的温度是不够的,而是应该要求高温热源和低温热源之间有一个最小温差,这个最小温差的大小,取决于量子工作物质的能级宽度。上面的结论,也适用于多能级的量子热机,文章介绍了工作物质为一维谐振子的量子热机,和工作在一维无限深方势阱中的量子热机,如果要求它们对外做正功,高温热源和低温热源之间同样有一个最小温差,大小同样取决于工作物质本身。