Question

热力学定律 热机

热力学第二定律不是说机械能可以自发的转化为内能而内能不可以自发的转化为机械能，热机为什么可以？我看参考书上写热机必须在和外界有温差时才能工作，怎么解释呢?

Answer 1

第一个问题有点难解。

楼主的理解是错误的，楼上的朋友也未指出这里的错误，的确“只要存在温差，热机是可以把高温热源的内能转为机械能的”，当然它只能转化一部分。正如楼上的回答，并不违反第二定律。大家可以看到我在引号中去掉了一个关键词“自发地”。

所谓自发是针对孤立系统来说的，一个孤立系统不受外界影响时，发生的变化才成称为自发变化。当一个孤立系统受到外界影响，发生的变化就不能称为自发变化，而是受迫变化，原来的孤立系统就不能成为孤立系统。

一个物体（热源）的内能是不能自发变功的，当你使用热机（哪怕这个热机自带一个冷源）时，原物体就不再是个孤立系统。呵呵，热机做了功也白做，不能说明问题。

因此，“内能不能自发变机械能”与“热机可以将内能转为机械能”是不矛盾的。

Answer 2

首先，热力学第二定律是这样的：
克氏表述：不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。
麦氏表述：不可能从单一热源吸热使之完全变为有用的功而不引起其他变化。
也就是说在引起外界变化时是可以的。
热机是从高温热源T1吸热Q1，并将热能转化为机械能W，同时向低温热源T2放热Q2。没有违背热力学第二定律
热机的效率为 W/Q2=(Q1-Q2)/Q1
所有热机以可逆热机的效率最高： W/Q2=(Q1-Q2)/Q1=（T1-T2)/T1
所以T1=T2时，效率是0，即没对外界做功。