热力学第一定律是能量守恒定律，在热力学方面的另一种阐释。他主要还是在表明能量是无法凭空产生的。热力学第二定律主要阐释的是能量的方向问题。热力学第二定律有三种表述，我们逐一进行简单讲解。

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。这种表述指出了在自然条件下或者依然状态(注意，定律必须是在这个前提下才能成立)热量只能从高温物体向低温物体转移，而不能由低温物体自动向高温物体转移，也就是说在自然条件下，这个转变过程是不可逆的。要使热传递方向可逆，只有靠做功功来实现。

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。自然界中任何形式的能都会很容易地变成热，而反过来热却不能在不产生其他影响的条件下完全变成其他形式的能，从而说明了这种转变在自然条件下也是不可逆的。注意的是，不产生其他影响这句话非常重要，因为没有这句话，从单一热源取热使之完全转换为有用的功是可以实现的。说白了，效率是百分百的机器是不可能存在的，即第二类永动机是不存在的。

熵增原理：不可逆热力过程中熵的增量总是大于零。在自然过程中，一个孤立系统的总混乱度（即“熵”）不会减小。可以这样理解，变乱很容易，容易自发。而变规则相对比较困难，无法自发。

最后补充两点。

一是从分子运动论的观点看，作功是大量分子的有规则运动，而热运动则是大量分子的无规则运动。显然无规则运动要变为有规则运动的几率极小，而有规则的运动变成无规则运动的几率大。一个不受外界影响的孤立系统，其内部自发的过程总是由几率小的状态向几率大的状态进行，所以热是不可能自发地变成功的。

二是热力学第二定律只能适用于由很大数目分子所构成的系统及有限范围内的宏观过程。而不适用于少量的微观体系，也不能把它推广到无限的宇宙。也可以说热力学第二定律无法严格证明，否则的话宇宙的重点就是传说中的“热寂说”。有兴趣的可以自行查找看一下。

总之，热力学第二定律把握方向不可逆，效率不可能百分百，熵只能增加，第二类永动机不可能制成。

终于要开始接近这个让老郭激动的物理量（熵）了，在讨论熵之前，我们还需要在知识上做一些准备，本文重点在于介绍热力徐第二定律。在介绍之前，我们先来了解一下热力学过程中的不可逆过程。如果一个过程的每一步都可以在相反方向进行而不引起其它变化，称为可逆过程，反之，引起其它变化的过程称不可逆过程。

从上面的描述我们能够看出，除了准静态过程是可逆过程，因为它的每一步都处在热力学平衡态，其它一切实际过程都是不可逆过程，即任何一个实际过程都是可以向相反方向进行，但是一定会引起外界的变化。

一切实际过程均不可逆反映了热力学的规律，这和力学规律是完全不同的，这就是热力学第二定律所表达的基本事实。

我们如何来看待这个基本事实呢？因为我们根本没有办法去验证自然界所有的实际过程，我们只能用逻辑推理的方法来说明热力学第二定律所表达的基本事实——实际过程均是不可逆过程。

我们都知道，准静态过程只是一个理想过程，这个过程要求进行得无限缓慢并且无摩擦或没有能量损耗，这在实际过程中是做不到的，所以实际过程就不可能是可逆过程。再看一些极端的粒子，如人的生长过程，炸弹爆炸的过程，气体的扩散过程等，都是不可逆过程。

理想气体的基本过程图

热力学第二定律是从经验中得到的，它有几种表述方式。一般的表述为：任何一个宏观过程向相反方向进行而不引起其它变化是不可能的。我们来看一下其它的表述方式：

1850年克劳修斯根据热传导的逆过程的不可能性提出：不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其它变化；

1851年开尔文根据摩擦生热的逆过程不可能性提出一个说法：不可能从单一热源取热使它全部变成功而不引起其它变化；

奥斯特瓦尔德提出另外一个重要的说法：第二类永动机是不可能实现的。所谓的第二类永动机是指一个热机仅从单一热源吸收热而转变成功，而无其它变化。

其实，上面的几种不同的说法，我们是可以证明它们都是等价的。

如果克劳修斯说法不成立则开尔文说法也不成立

我们应该强调“不引起其它变化”。这是因为一个理想气体在做等温可逆膨胀的时候，对外做了功，由于理想气体的自由膨胀内能不变，ΔU=0，则理想气体做的功等于气体在膨胀过程中吸收的热量，吸收的热量全部变成了功，看上去这是违反热力学第二定律的开尔文说法，但实际上有其它变化，在这个过程中，气体的体积变大了。所以理想气体膨胀过程是满足热力徐第二定律的。

关于热力学第二定律，本文就介绍到这里，好期待赶紧开始研究熵啊。

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