1.从开尔文表述入手
假定单热机是可以 造成的，则 高温源 Q 低温源
高温热源T1
高温热源T1
Q 1 A
单热机
Q2 A(Q1)
致冷机
Q2
Q2
低温热源T2
பைடு நூலகம்
低温热源T2
2.从克劳修斯表述入手 高温热源T1
假定热量能自
动地从低温源传 到高温源，则单 热机也能造成。
Q1
A
热机
Q2
Q2
低温热源T2
高温热源T1
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麦克斯韦的妖精能破坏热力学第二定律吗？
• 一般的解释是：妖精必须得到一些“知 识”，才能把“快”分子和“慢”分子 区分开来。为了获得这些信息，要不要 消耗能量？如果需要，则容器、气体、 隔板、妖精作为封闭系统，为得到所要 信息所需的能量，将不大于因利用这一 信息而消耗的能量，并没有违反热力学 第二定律。
热全部变为功的过程也是有的，如，理想气体等温膨 胀。但这时引起了其它的变化。
开尔文表述否定了热机效率能达百分这百的可能性
Q吸| Q放| 1
Q吸
第二类永动机（单热机）不 能制成。
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高温热源T1
Q吸 热机
第二类 永动机
A
2、克劳修斯表述
– 热量不能自动地从低温热源传到高温热源而 不引起其它的变化。
Q1 Q2
A
单热机
热力学过程是有方向性的。.
为了进一步研究热力学第二定律的含义和热力学过 程方向性问题，引入可逆过程的概念。
2.可逆过程与不可逆过程 一个系统，由一个状态出发经过某一过程达到另
一状态，如果存在另一个过程，它能使系统和外界完 全复原（即系统回到原来状态，同时消除了原过程对 外界引起的一切影响）则原来的过程称为可逆过程；
热力学第二定律的 微观解释
.
一个“妖精”，神通广大，能跟踪充 满容器的每个气体分子的运动。把这 个容器用一道隔板分为A ，B两部分， 并在隔板上安装一个阀门，当阀门打 开时单个气体分子可以从容器的一部 分经过阀门进入另一部分去。
假设这个容器开始时完全充满了一定温度的气体，按照热的 动力论，一定的温度对应于分子的一定的平均温度，因为气体 分子的运动具有随机性质，有的分子的速度将大于平均值，有 的则将小于平均值。妖精在适当的时候打开阀门，让快的分子 从B 进入A，慢的分子从A进入B ，结果不须消耗能量，B 部分 的温度就下降，A部分的温度就上升，热量可以自发地从低温物 体流向高温物体。
与之相应的经验事实是，当
两个不同温度的物体相互接触时，
热量将自动地由高温物体向低温 高温热源T1
物体传递，而不可能自发地由低 温物体传到高温物体。
Q放
如果借助制冷机，当然可以把
热量由低温传递到高温，但要以
外界作功为代价，也就是引起了
其它变化。克氏表述指明热传导
过程是有方向的。
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Q吸
低温热源T2
3、两种表述是统一的
开氏表述实质上在于说明功变热的过程是不可逆的。
克氏表述实质上在于说明热传导过程是不可逆的。
热力学第二定律说明了自然界的实际过程是按一
定的方向进行的，是不可逆的，相反方向的过程不 能自动发生，或者说，如果可以发生，则必然引起 其它后果。
热力学第二定律的实质在于指出：一切与热现象有关 的实际宏观过程都是不可逆的。它所揭示的客观规律 向人们指出了实际宏观过程进行的条件和方向。
热力学第一定律无法对这类问题作出解释，需要 一个独立于热力学第一定律的新的自然规律，即热力 学第二定律来解释。
二、热力学第二定律
1.开尔文表述 1851年开尔文总结出热力学过程进行的限度。
– 不可能从单一热源吸取热量，使之完全变成 有用的功而不产生其他影响。 功可以完全变热，但要把热完全变为功而不产生其它 影响是不可能的。 以热机为例，热机的循环除了热变功外，还必定有一 定的热量从高温热源传给低温. 热源，即产生了其它效果。
结论： 1）一切自发过程都是不可逆过程。
2）准静态过程（无限缓慢） +无摩擦的过程是可逆过
程。
3）一切实际过程都是不可逆过程。
可逆过程是一种理想的极限，只能接近，绝不能
真正达到。因为，实际过程都是以有限的速度进行，
且在其中包含摩擦，粘滞，电阻等耗散因素，必然是
不可逆的。
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可逆过程是理想化的过程。
强调：不可逆过程不是不能逆向进行，而是说当过程 逆向进行时，逆过程在外界留下的痕迹不能将原来正 过程的痕迹完全消除。
凡符合热一律的过程---即符合能量守恒的过程是 否都能实现呢？ 实验表明，自然界中一切与热现象有关的宏观过程都 是有方向性的。
一、自然过程的方向性
例如：气体的绝热自由膨胀过程。 A B
AB
热传导过程
这些典型例子说明自然界的实际过程是按一定的 方向进行的，相反方向的过程不能自动发生，或者说， 如果可以发生，则必然引起. 其它后果。
反之，如果物体不能回复到原来状态或当物体回 复到原来状态却无法消除原过程对外界的影响，则原 来的过程称为不可逆过程。 •单摆运动：一个单摆，如果不受空气阻力及其它摩擦 力，当它离开某一位置后，经过一个周期又回到原来 的位置而周围一切都无变化。
无摩擦和阻力的单摆运动是. 一个可逆过程。
单纯的无机械能耗散的机械运动过程都是可逆过程。
在热现象中，可逆过程只有在准静态和无摩擦
的条件下才有可能。无摩擦准静态过程是可逆的。
经验和事实表明，自然界中真实存在的过程都是按一
定方向进行的，都是不可逆的。
•理想气体绝热自由膨胀是不可逆的。
在隔板被抽去的瞬间，气体聚集在左半
部，这是一种非平衡态，此后气体将自
动膨胀充满整个容器。最后达到平衡态。
其反过程由平衡态回到非平衡态的过程
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自发过程总是从有序到无序演化
• 但是麦克斯韦的妖精可以使其向有序化发 展，酶，就是生命中的麦克斯韦的妖精； 而人类全体作为麦克斯韦的妖精，增加着 社会的有序度。毕竟，“妖精”，用通俗 的话说，是个生物，也是个信息系统， “妖精”就是对宇宙演化的一种抗争。
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热力学第二定律的 微观解释
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热力学第一定律给出了各种形式的能量在相互转化 过程中必须遵循的规律，但并未限定过程进行的方向。
A
不可能自动发生。
•理想气体热传导过程是不可逆的。热量总是自动地由
高温物体传向低温物体，从而使两物体温度相同，达
到热平衡。从未发现其反过.程，使两物体温差增大。
可逆传热的条件是：系统和外界温差无限小，即等温 热传导。 •气体的迅速膨胀过程是不可逆的。
但是当气体膨胀非常缓慢又没有其它摩擦时，它 却是可逆的。