热力学第二定律（英文：second law of thermodynamics）是热力学的四条基本定律之一，表述热力学过程的不可逆性——孤立系统自发地朝着热力学平衡方向──最大熵状态──演化，同样地，第二类永动机永不可能实现。

这一定律的历史可追溯至尼古拉·卡诺对于热机效率的研究，及其于1824年提出的卡诺定理。

定律有许多种表述，其中最具代表性的是克劳修斯表述（1850年）和开尔文表述（1851年），这些表述都可被证明是等价的。

定律的数学表述主要借助鲁道夫·克劳修斯所引入的熵的概念，具体表述为克劳修斯定理。

虽然这一定律在热力学范畴内是一条经验定律，无法得到解释，但随着统计力学的发展，这一定律得到了解释。

这一定律本身及所引入的熵的概念对于物理学及其他科学领域有深远意义。

定律本身可作为过程不可逆性[2]:p.262及时间流向的判据。

而路德维希·玻尔兹曼对于熵的微观解释——系统微观粒子无序程度的量度，更使这概念被引用到物理学之外诸多领域，如信息论及生态学等克劳修斯表述克劳修斯克劳修斯表述是以热量传递的不可逆性（即热量总是自发地从高温热源流向低温热源）作为出发点。

虽然可以借助制冷机使热量从低温热源流向高温热源，但这过程是借助外界对制冷机做功实现的，即这过程除了有热量的传递，还有功转化为热的其他影响。

1850年克劳修斯将这一规律总结为：不可能把热量从低温物体传递到高温物体而不产生其他影响。

开尔文表述参见：永动机#第二类永动机开尔文勋爵开尔文表述是以第二类永动机不可能实现这一规律作为出发点。

第二类永动机是指可以将从单一热源吸热全部转化为功，但大量事实证明这个过程是不可能实现的。

功能够自发地、无条件地全部转化为热；但热转化为功是有条件的，而且转化效率有所限制。

也就是说功自发转化为热这一过程只能单向进行而不可逆。

1851年开尔文勋爵把这一普遍规律总结为：不可能从单一热源吸收能量，使之完全变为有用功而不产生其他影响。

两种表述的等价性上述两种表述可以论证是等价的：1.如果开尔文表述不真，那么克劳修斯表述不真：假设存在违反开尔文表述的热机A，可以从低温热源吸收热量并将其全部转化为有用功。

假设存在热机B，可以把功完全转化为热量并传递给高温热源（这在现实中可实现）。

此时若让A、B联合工作，则可以看到从低温热源流向高温热源，而并未产生任何其他影响，即克劳修斯表述不真。

2.如果克劳修斯表述不真，那么开尔文表述不真：假设存在违反克劳修斯表述的制冷机A，可以在不利用外界对其做的功的情况下，使热量由低温热源流向高温热源。

假设存在热机B，可以从高温热源吸收热量并将其中的热量转化为有用功，同时将热量传递给低温热源（这在现实中可实现）。

此时若让A、B联合工作，则可以看到A与B联合组成的热机从高温热源吸收热量并将其完全转化为有用功，而并未产生任何其他影响，即开尔文表述不真。

从上述二点，可以看出上述两种表述是等价的。

卡拉西奥多里原理卡拉西奥多里卡拉西奥多里原理是康斯坦丁·卡拉西奥多里（英语：Constantin Carathéodory）在1909年给出的公理性表述：在一个系统的任意给定平衡态附近，总有这样的态存在：从给定的态出发，不可能经过绝热过程得到值得注意的是，卡拉西奥多里原理如果要和开尔文表述及克劳修斯表述等价，需要辅以普朗克原理（起始处于内部热平衡的封闭系统，等体积功总会增加其内能）。

定律的其他表述除上述几种表述外，热力学第二定律还有其他表述。

如针对焦耳热功当量实验的普朗克表述：不可存在一个机器，在循环动作中把以重物升高而同时使一热库冷却。

以及较为近期的黑首保劳-肯南表述（Hatsopoulos-Keenan statement）：对于一个有给定能量，物质组成，参数的系统，存在这样一个稳定的平衡态：其他状态总可以通过可逆过程达到之。

可以论证，这些表述与克劳修斯表述以及开尔文表述是等价的。

卡诺定理[编辑]卡诺主条目：卡诺定理(热力学)参见：热机卡诺定理是尼古拉·卡诺于1824年在《谈谈火的动力和能发动这种动力的机器》中发表的有关热机效率的定理。

值得注意的是定理是在热力学第二定律提出20余年前已然提出，从历史角度来说其为热力学第二定律的理论来源。

但是卡诺本人给出的证明是在热质说的错误前提下进行的证明[1]:p.176[2]:p.265，而对于其相对严密（以热动说为前提，而非热质说）的证明需要热力学第二定律。

定理的表述卡诺定理表述为：1.在相同的高温热源和低温热源间工作的一切可逆热机的效率都相等。

2.在相同的高温热源和低温热源间工作的一切热机中，不可逆热机的效率不可能大于可逆热机的效率。

卡诺循环卡诺循环示意图在定理表述中的可逆热机工作机制是按照卡诺于1824年所提出的卡诺循环，是由两个绝热过程，两个等温过程组成的循环。

利用热力学第一定律和理想气体状态方程，可以得到其效率。

(其中、为热力学温标下高、低温热源温度）卡诺定理的证明卡诺定理的证明定理可以利用热力学第二定律的克劳修斯表述进行证明。

[2]:p.266-267假设存在一违反卡诺定理的不可逆机（图中左边的热机），其效率大于在相同热源和（)间工作的可逆机效率。

此时可见，当其从吸收热量时，其输出有用功，同时向释放热量。

当可逆机（图中右边的卡诺热机）输出同样多有用功时，其从吸收热量，向释放热量。

此时使可逆机逆向运转（即作为制冷机）并与不可逆机联合工作，不难看出有热量从流向而未产生其他影响，违反克劳修斯表述。

则这种不可逆机不可能存在，定理得证。

熵增加原理考察一系列不可逆过程中熵的变化（如在绝热环境中理想气体的真空自由膨胀，在绝热环境中两物体间热传递等等）经过计算，可以得到，这些过程中系统的熵。

而现在已有大量的实验证明：“热力学系统从一个平衡态到另一平衡态的过程中，其熵永不减少：若过程可逆，则熵不变；若不可逆，则熵增加。

”即熵增加原理。

通过熵增加原理，可以得到对于一个孤立系统，其内部自发进行的与热相关的过程必然向熵增的方向进行。

而孤立系统不受外界任何影响，且系统最终处于平衡态，则在平衡态时，系统的熵取最大值。

由此，熵增加原理则可作为不可逆过程判据。

可以证明熵增加原理与克劳修斯表述及开尔文表述等价。

[2]:p.280-284玻尔兹曼关系玻尔兹曼的墓碑，在其上，可以看到镌刻着玻尔兹曼关系式玻尔兹曼关系是对熵的微观（统计意义的）解释，表述为：系统的熵与其微观状态数存在函数关系，其中为玻尔兹曼常数。

其可通过热力学第一定律，熵的热力学定义，及麦克斯韦-玻尔兹曼统计推出。

值得注意的是这一关系在玻尔兹曼生前并未具体给出，仅在1872年时说明与有正比关系。

这一公式首次具体给出是在马克斯·普朗克的《热辐射》讲义中。

[2]:p.286玻尔兹曼关系给出了熵的微观解释——系统微观粒子的无序程度的度量，并对熵这一概念引入信息论、生态学等其他领域具有深远意义。

定律的解释由于热力学自身局限性（它仅适用于粒子很多的宏观系统，它把物质视作“连续体”，不考虑物质的微观结构。

）[2]:p.3，因而在热力学自身范畴内，定律只能作为经验定律而不能得到解释。

如果要对定律进行解释，需要借助统计力学的方法。

引用熵的统计力学解释（玻尔兹曼关系）结合热力学定律，可以对较为典型的不可逆热力学过程进行分析，从而得出对热力学第二定律的解释[2]:p.288-292：孤立系统的自发过程总是从热力学概率小的宏观状态向热力学概率大的宏观状态转变与热力学其他定律的联系与热力学第一定律的联系热力学第一定律主要从数量上说明功和热量对系统内能改变在数量上的等价性。

热力学第二定律揭示了热量与功的转化，及热量传递的不可逆性。

两者对于全面的描述一个热力学过程都是不可或缺的。

[2]:p.263-264与热力学第零定律的联系热力学第零定律是在两物体处于热平衡前提下判定温度，在未达热平衡时不适用。

在未达热平衡时可利用热力学第二定律，通过判定热传递方向来判定两物体的温度热寂说如果将热力学第一、第二定律运用于宇宙，这一典型的孤立系统，将得到这样的结论：1.宇宙能量守恒，2.宇宙的熵不会减少。

那么将得到，宇宙的熵终将达到极大值，即宇宙将最终达到热平衡，称热寂。

在十九世纪，对于热寂说有两个较为有影响的驳斥，一个是由玻尔兹曼提出的“涨落说”（1872），另一个是恩格斯利用运动不灭在《自然辩证法》中进行的驳斥（1876）。

现今对于宇宙的理解（1.宇宙在膨胀；2.宇宙，作为自引力系统，是具有负热容的不稳定系统）指出宇宙是不稳定的热力学系统，并不像静态宇宙模型所设想的那样具有平衡态，因而其熵亦无最大值，即热寂并不存在。

[热力学定律基本内容能量是永恒的，他不会被谁制造出来，也不会被谁消灭。

但是热能可以给动能提供动力，而动能还能够再转化成热能。

普遍的能量转化和守恒定律在一切涉及热现象的宏观过程中的具体表现。

热力学的基本定律之一。

表征热力学系统能量的是内能。

通过作功和传热，系统与外界交换能量，使内能有所变化。

根据普遍的能量守恒定律，系统由初态Ⅰ经过任意过程到达终态Ⅱ后，内能的增量ΔU应等于在此过程中外界对系统传递的热量Q 和系统对外界作功A之差，即UⅡ－UⅠ=ΔU=Q－A或Q=ΔU+A这就是热力学第一定律的表达式。

如果除作功、传热外，还有因物质从外界进入系统而带入的能量Z，则应为ΔU=Q－A+Z。

当然，上述ΔU、A、Q、Z均可正可负。

热力学第一定律的微分表达式dQ=dU+dA因U是态函数，dU是全微分；Q、A是过程量，dQ和dA只表示微小量并非全微分，用符号d以示区别。

又因ΔU或dU只涉及初、终态，只要求系统初、终态是平衡态，与中间状态是否平衡态无关。

热力学第一定律的另一种表述是：第一类永动机是不可能造成的。

这是许多人幻想制造的能不断地作功而无需任何燃料和动力的机器，是能够无中生有、源源不断提供能量的机器。

显然，第一类永动机违背了能量守恒定律。

第二定律热永远只能由热处传到冷处（在自然状态下）。

[1]熵及熵增原理克劳修斯首次从宏观角度提出熵概念(S=Q/T)，而后波尔兹曼又从微观角度提出熵概念(S=klnW),其两者是相通的,近代的普里戈金提出了耗散结构理论,将熵理论中引进了熵流的概念,阐述了系统内如果流出的熵流(dSe)大于熵产生(dSi)时,可以导致系统内熵减少，即dS=dSi+ dSe<0，这种情形应称为相对熵减。

但是，若把系统内外一并考察仍然服从熵增原理。

熵增原理最经典的表述是：“绝热系统的熵永不减少”，近代人们又把这个表述推广为“在孤立系统内，任何变化不可能导致熵的减少”。

熵增原理如同能量守恒定律一样，要求每时每刻都成立。

关于系统有四种说法，分别叫孤立、封闭、开放和绝热系统，孤立系统是指那些与外界环境既没有物质也没有能量交换的系统，或者是系统内部以及与之有联系的外部两者总和，封闭系统是指那些与外界环境有能量交换，但没有物质交换的系统，开放系统是指与外界既有能量又有物质交换的系统，而绝热系统是指既没有粒子交换也没有热能交换，但有非热能如电能、机械能等的交换。