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热力学第二定律

在物理学中，反映宏观自然过程的方向性的定律就是热力学第二定律（second law of thermodynamics）。
热力学第二定律的克劳修斯表述 德国物理学家克劳修斯在1850年提出：**热量不能自发地从低温物体传到高温物体。这是热力学第二定律的克劳修斯表述**

这里阐述的是热传递的方向性。在这个表述中，“自发”二字指的是：当两个物体接触时，不需要任何第三者的介入、不会对任何第三者产生任何影响，热量就能从一个物体传向另一个物体。当两个温度不同的物体接触时，这个“自发”的方向是从高温物体指向低温物体的

在电冰箱的实例中，热量的确从低温物体——冰箱内 的食品，传到了高温物体——冰箱外的空气。但是这不是 自发的过程，这个过程必须有第三者的介入 ：必须开动冰 箱的压缩机。如果不供电，冰箱的压缩机会停止工作，自 发的过程则是热量从冰箱外的高温空气传向冰箱内的低温 食品（图 3.4-1）
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**热力学第二定律的开尔文表述**

从能量的角度看, 热机的工作分为两个阶段：第一个阶段是燃烧燃料，把燃料中的化学能变成工作物质的内能; 第二个阶段是工作物质对外做功, 把自己的内能变成机械能。

热机工作时从高温热库吸收的热量 $Q$, 只有一部分用来做功 $W$, 转变为机械能, 另一部分热量要排放给低温热库 (冷凝器或大气) (图 3.4-2)。也就是说, 热机在工作过程中必然排出部分热量, 热机用于做功的热量一定小于它从高温热库吸收的热量, 即

$$
W<Q
$$

热机工作时通常会产生漏气热损、散热热损和摩擦热损等热量损失 (图 3.4-3)。如果没有漏气和摩擦, 也没有机体热量的损失, 燃料产生的热量也不可能完全转化成机械能, 工质吸收的热量不会全部变成功, 例如, 汽车排出气体的温度一定会比空气的温度高, 它会向空气散热。
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于 1851 年提出了热力学第二定律的另一种表述 : 不可能从单一热库吸收热量, 使之完全变成功, 而不产生其他影响。

这里所说 “不可能从单一热库吸收热量”, 意思是 : 不仅要从一个热库吸热, 而且一定会向另一个热库放热。

热力学第二定律的开尔文表述阐述了机械能与内能转化的方向性: 机械能可以全部转化为内能, 而内能无法全部用来做功以转换成机械能。例如, 两个相互接触并做相对运动的物体, 由于摩擦而静止下来, 它们在这个过程中消耗的机械能可以全部转化为内能; 但相反的过程不可能自发进行而不产生其他影响。

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