Question

热力学第二定律

Answer 1

热力学第二定律(second law of thermodynamics)，热力学基本定律之一。

克劳修斯表述为：热量不能自发地从低温物体转移到高温物体。

开尔文表述为：不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响。

熵增原理：不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零。在自然过程中，一个孤立系统的总混乱度(即"熵")不会减小。

中文名称：热力学第二定律
外文名称：second law of thermodynamics
别名：熵增加原理
表达式：dS≥0
适用领域：电力，化学热力学，化工热力学


定律表述

1824年，法国工程师萨迪·卡诺提出了卡诺定理。德国人克劳修斯(Rudolph Clausius)和英国人开尔文(Lord Kelvin)在热力学第一定律建立以后重新审查了卡诺定理，意识到卡诺定理必须依据一个新的定理，即热力学第二定律。

他们分别于1850年和1851年提出了克劳修斯表述和开尔文表述。这两种表述在理念上是等价的。

违背热力学第二定律的永动机称为第二类永动机。

用符号表示，就是dS≥0。

克劳修斯表述

不可能把热量从低温物体传向高温物体而不引起其它变化。

英国物理学家开尔文(原名汤姆逊)在研究卡诺和焦耳的工作时，发现了某种不和谐:按照能量守恒定律，热和功应该是等价的，可是按照卡诺的理论，热和功并不是完全相同的，因为功可以完全变成热而不需要任何条件，而热产生功却必须伴随有热向冷的耗散。

他在1849年的一篇论文中说:"热的理论需要进行认真改革，必须寻找新的实验事实。"同时代的克劳修斯也认真研究了这些问题，他敏锐地看到不和谐存在于卡诺理论的内部。他指出卡诺理论中关于热产生功必须伴随着热向冷的传递的结论是正确的，而热的量(即热质)不发生变化则是不对的。

克劳修斯在1850年发表的论文中提出，在热的理论中，除了能量守恒定律以外，还必须补充另外一条基本定律:"没有某种动力的消耗或其他变化，不可能使热从低温转移到高温。"这条定律后来被称作热力学第二定律。

开尔文表述

不可能制成一种循环动作的热机，从取热，使之完全变为功而不引起其它变化。

这是从能量消耗的角度说的。开尔文表述还可以表述成:第二类永动机不可能实现 。

开尔文的表述更直接指出了第二类永动机的不可能性。所谓第二类永动机，是指某些人提出的例如制造一种从海水吸取热量，利用这些热量做功的机器。这种想法，并不违背能量守恒定律，因为它消耗海水的内能。

大海是如此广阔，整个海水的温度只要降低一点点，释放出的热量就是天文数字，对于人类来说，海水是取之不尽、用之不竭的能量源泉，因此这类设想中的机器被称为第二类永动机。

而从海水吸收热量做功，就是从单一热源吸取热量使之完全变成有用功并且不产生其他影响，开尔文的说法指出了这是不可能实现的，也就是第二类永动机是不可能实现的。

熵增加原理

孤立系统的熵永不自动减少，熵在可逆过程中不变，在不可逆过程中增加。

熵增加原理是热力学第二定律的又一种表述，它比开尔文、克劳修斯表述更为概括地指出了不可逆过程的进行方向;同时，更深刻地指出了热力学第二定律是大量分子无规则运动所具有的统计规律，因此只适用于大量分子构成的系统，不适用于单个分子或少量分子构成的系统。