為什麼孤立系統的熵不會減小？熱力學溫標與理想氣體溫標是一致的嗎？能藉助熱力學第二定律推導理想氣體狀態方程嗎？7月17日，《張朝陽的物理課》線下第七課開講，搜狐創始人、董事局主席兼CEO張朝陽從溫度定義的起源延伸到熱力學第一定律，再從熱能利用率的極限引入熱力學第二定律，然後定義出熱力學溫標以及作為狀態函數的熵，最後藉助熱力學第二定律以及理想氣體的壓強與內能關係推導出理想氣體狀態方程，從而證明了熱力學溫標與理想氣體溫標的一致性。
熱的平衡、轉移與做功溫度的定義與能量守恆
本次線下課一開始，張朝陽先介紹了熱力學第零定律，本質上是熱平衡關係的傳遞性。假設系統A與系統C達到了熱平衡，系統B也與系統C達到了熱平衡，那麼有系統A與系統B也滿足熱平衡關係，這就是熱力學第零定律。既然系統之間可以存在熱平衡，那麼必然存在用來描述熱平衡的參數，物理上把這個參數稱為溫度。根據理想氣體的經驗定律，可以定義溫標使得理想氣體的狀態方程為PV=NkT，其中k是玻爾茲曼常數，T是理想氣體溫標下的溫度。
介紹完熱力學第零定律與理想氣體溫標後，張朝陽對熱力學第一定律進行解釋。熱力學第一定律本質上是一個能量守恆定律。熱量本質上是一種能量，熱力學第一定律指的是系統內能的增量等於傳入系統的熱量減去系統對外做的功，這表示能量是守恆的。
熱力學第二定律開氏與克氏表述
熱力學第一定律表明了能量守恆定律的普適性，那麼能否把環境中的熱量轉化成我們需要的能量形式呢？如果可以，那麼人類將獲得源源不斷的能源，而且不違反熱力學第一定律。然而，把熱量轉化成有用的功是有極限的，這也就是熱力學第二定律的內容。
張朝陽介紹說，熱力學第二定律存在很多種表述，其中比較著名的有克勞修斯表述和開爾文表述。克勞修斯表述是，「不能把熱量從低溫物體轉移到高溫物體而不產生其他影響」；而開爾文表述是，「不能從單一熱源吸熱使這些熱量變成有用功而不產生別的影響」。
假如有兩個熱源，一個是高溫熱源，另一個是低溫熱源。熱機從高溫熱源吸熱，然後轉化成能量，並釋放一部分熱量到低溫熱源。這個熱機的效率是存在上限的。藉助可逆熱機以及熱力學第二定律的開爾文表述，可以證明可逆熱機的效率是最大的。
兩種溫標的等價性可逆熱機效率、理想氣體熵增
工作於兩個熱源之間的可逆熱機的效率只與熱源的溫度有關，而與可逆熱機的內部原理無關。根據這個性質，張朝陽證明了存在一個熱力學溫標，使得工作在溫度為T1的高溫熱源與溫度為T2的低溫熱源之間的可逆熱機，其效率為1-T2/T1。藉助可逆熱機，熱力學溫標只能確定到相差一個常數的程度。
接著通過用一系列無窮小的卡諾循環逼近任意一個可逆循環過程，可以證明，對於連接狀態A與狀態B的任意路徑，dQ/T的積分都是固定值。根據這一點，引入了狀態函數S，也就是人們常說的熵。熵的改變量等於dQ/T的積分只對可逆過程適用，對於不可逆過程是不適用的。不過，由於熵是狀態函數，可以藉助可逆過程連接特定的兩個狀態來求出不可逆過程導致的熵的改變量。
以理想氣體自由膨脹為例，可用等溫膨脹過程來連接自由膨脹的初末狀態，從而計算出了理想氣體自由膨脹的熵增量。得到了這個熵增量之後，分析狀態數與熵的關係，通過狀態數的改變可以得到同樣的熵增公式。
隨後，張朝陽開始證明熱力學溫標與理想氣體溫標的等價性。他先闡述了理想氣體的性質，一是理想氣體的內能只與溫度有關，二是由理想氣體分子動理論導出的壓強正比於分子平均動能公式。根據這兩個關係，藉助熱力學溫標與熱力學第二定律，可推導得到了理想氣體狀態方程，從而證明了熱力學溫標與理想氣體溫標的等價性。
「溫室效應」原理與影響「碳手印」助力千行百業節能減排
最後，張朝陽介紹了一下溫室效應的原理。太陽光近似是溫度為5800開爾文的黑體所輻射出來的光，其中作為主體的可見光部分能夠輕易穿透大氣層。太陽光到達地面後有一部分會被反射出去，剩餘的則會被地球吸收。地球表面溫度大約是20-50攝氏度，因此地球也會向外輻射，只是輻射的波長很長，這些輻射對大氣中的二氧化碳等溫室氣體來說不是透明的，從而會導致地球無法有效地散熱，這就是溫室效應。溫室效應可以保證地球晝夜溫差不會太大，但是如果溫室氣體過多，就會使得地球無法有效散熱，從而造成地球氣溫過高。
近幾年，可以明顯感受到由於氣溫過高而導致的生態平衡問題，溫室氣體的大量排放已經亟待解決。華為運營商BG CMO宋曉迪博士在《物理課》現場表示，ICT行業不斷追求更快的網絡通信速度、更大的信息交互帶寬、更少的溫室氣體排放，這恰恰是物理學基本原理在信息通訊行業中的體現。華為持續努力提升通信網絡設備在運行使用中的能效，減少碳排放。
持續不斷地追求「更多的比特，更少的瓦特」，這是實現ICT行業綠色發展最有效的途徑之一。而且根據聯合國環境署的觀點，現有ICT基礎設施的能效提升，可以支撐ICT行業未來減少約40%的碳排放總量。
宋曉迪同時表示：根據環保行業組織GeSI最新研究顯示，ICT技術可以幫助其他行業大幅減少碳排放量。預計在2030年，ICT技術可以幫助全球降低20%的二氧化碳排放，是ICT自身碳排放量的10倍。這一使能效應已經在鋼鐵、水泥、農業、航空等行業出現。
宋曉迪最後強調，在ICT行業「碳手印」的使能作用下，我們相信綠色與發展將不再是矛盾，「綠色」將為發展帶來新的機遇，發展又將為我們點亮更為「綠色」的未來。
物理課風格獨特注重推導每周五、周日搜狐視頻直播
截至目前，《張朝陽的物理課》已直播七十餘期，內容豐富、覆蓋廣泛，理論公式由淺入深、繁簡交融。從去年11月開啟第一節物理直播課，他先是從經典物理學開始，科普了牛頓運動定律等；而後從經典物理的「兩朵烏雲」說起，向近現代物理過渡，探討了黑體輻射理論中的維恩公式、普朗克公式等知識。
此後逐步進入量子力學領域，從基礎的薛丁格方程等理論內容，到氫原子波函數，再到氣體定容比熱的溫度階梯，並順勢講解了熱力學定律。接著回到了經典物理，推導出飛船運行軌跡，估算太陽的結構與性質以及中子星的自轉速度，隨後講解了陀螺的進動，還計算出月球的潮汐高度。現在逐漸開始使用一些新的數學工具分析狹義相對論，為進一步講解廣義相對論做準備。
《張朝陽的物理課》的直播風格獨樹一幟：注重推導，通過一步一步詳盡的數學計算，推導出相關的物理公式，把每個公式從頭到尾拆解得十分清晰。
據了解，《張朝陽的物理課》於每周周五、周日中午12時在搜狐視頻直播，網友可以在搜狐視頻「關注流」中搜索「張朝陽」，觀看直播及往期完整視頻回放；關注「張朝陽的物理課」帳號，查看課程中的「知識點」短視頻；此外，還可以在搜狐新聞APP的「搜狐科技」帳號上，閱覽每期物理課程的詳細文章。