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热力学第二定律

## 热力学第二定律
电冰箱工作时，从冰箱内部（低温）吸取热量，向冰箱外部（高温）放出热量。在这个过程中，冰箱的压缩机消耗电能做功起到“热泵”的作用，就好似通过水泵做功可以将水从低处抽送到高处一样。这个过程是不能自发进行的。

1850 年，德国物理学家克劳修斯（R. Clausius，1822—1888）意识到，有必要在热力学第一定律之外建立另一条独立的定律，以反映自然界实际过程的方向性。在大量客观事实的基础上，克劳修斯提出：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。

这一表述被称为“热力学第二定律（second law of thermodynamics）的克劳修斯表述”。克劳修斯表述意味着热量从低温物体转移到高温物体的过程必然引起其他变化，即过程伴随着其他能量的转化。电冰箱、空调的工作过程需要消耗电能就说明了这一点。

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 图 12–9 热机中的能量流动
 
 蒸汽机、内燃机等都是利用内能做功的机械，称为热机。人类长期致力于提高热机的效率，虽然取得一定成效，但始终存在一个无法突破的极限，这是为什么呢？

从能量的观点来看，热机工作过程中，热量从汽缸内的气体（高温热源）向汽缸外的空气（低温热源）自然流动，并在此过程中分出一部分能量推动活塞对外做功（图 12–9）。因此，热机工作时必须有一个温差。

所以，热机总是在两个温度不同的热源之间工作，热机工作时从高温热源取得热量的过程中必然有一部分热量流到低温热源，这部分热量“浪费了”。然而，这部分热量的浪费是必要的，是为了使另一部分热量转化为功而“必须付出的代价”。正是这一原因导致了热机的效率存在极限。

19 世纪，汽车工业刚起步的几十年中，发动机效率的提升是汽车制造技术的关键，当时比较先进的发动机的效率仅为 12%~14%。目前，大部分普通家用汽车发动机的效率在 30%~35% 之间。当今最先进的汽油发动机效率可以达到 41%。

1851 年，开尔文勋爵通过对热机工作过程中能量转化的分析指出：不可能从单一热源 吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化。

这一表述常称为“热力学第二定律的开尔文表述”。这意味着机械能与内能的转化过程也存在着方向性。

热力学第二定律是独立于热力学第一定律之外的又一基本定律。每一个与热现象有关的宏观实际过程必须同时满足热力学第一定律和热力学第二定律。

热力学第一、第二定律都是通

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