第五章热力学第二定律问题（1）既然热力学第一定律揭示了能量在转换和传递过程中数量守恒的客观规律，那么还存在能量损失吗？（2）热力学第一定律是否可以解释所有的热现象？（3）热量是否可以完全转化成功？热力学第一定律没有涉及到的两方面的问题：其一，热力学第一定律强调的是能量在数量上的守恒，没有考虑到不同类型的能量在作功能力上的差别；其二，热力学第一定律不能判断热力过程的方向性。第一节热力学第二定律的实质及表述一、热力过程的方向性例：（1）热量自高温自然地传递给低温物体；（2）机械运动摩擦生热，即机械能转变为热能；（3）以上过程是否可以反向进行？热能能否完全转变成功，是否需要条件？结论：（1）过程总是自发地沿着一定的方向进行。(自发过程)（2）一个非自发过程的进行，必须有另外的自发过程来推动，或者说必须以另外的自发过程的进行为代价，作为补偿条件。（3）在一定条件下，能量的有效转换是具有其最大限度的，而热机的热效率在一定条件下也具有理论上的最大值。以上这些现象是热力学第一定律回答不了的。研究过程进行方向、条件和限度正是热力学第二定律的任务。二、热力学第二定律的表述克劳修斯表述：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。说明能量传递现象克劳修斯是从温差传热（能量传递）的角度对热力学第二定律进行了表述。克劳修斯克劳修斯(R.J.E.Clausius，1822～1888年)，德国物理学家。1822年1月2日生于普鲁士的克斯林(今波兰科沙林)。曾就学于柏林大学。1847年在哈雷大学主修数学和物理学的哲学博士学位。从1850年起，曾先后任柏林炮兵工程学院、苏黎世工业大学、维尔茨堡大学、波恩大学物理学教授。他是气体动理论和热力学的主要奠基人之一，是历史上第一个精确表示热力学定律的科学家。1850年发表《论热的动力以及由此推出的关于热学本身的诸定律》的论文。论文首先从焦耳确立的热功当量出发，将热力学过程遵守的能量守恒定律归结为热力学第一定律，并第一次引人热力学的一个新函数U；论文的第二部分在卡诺定理的基础上提出了热力学第二定律的最著名的表述形式：热不能自发地从较冷的物体传到较热的物体。1854年发表《力学的热理论的第二定律的另一种形式》、1865年他发表《力学的热理论的主要方程之便于应用的形式》的论文，引入了一个新的热力学函数并定名为熵，同时提出克劳修斯不等式和"熵增原理"，1857年发表《论热运动形式》的论文，第一次推导出著名的理想气体压强公式。1858年发表《关于气体分子的平均自由程》论文，开辟了研究气体的输运过程的道路。1851年从热力学理论论证了克拉珀龙方程。1888年8月24日克劳修斯在波恩逝世。开尔文—浦朗克表述：不可能制造只从一个热源取热使之完全变成机械能而不引起其他变化的循环发动机。开尔文—普朗克是从能量转换的角度对热力学第二定律进行表述。开尔文英国物理学家、发明家。1824年6月26日生于爱尔兰的贝尔法斯特。1845年毕业于剑桥大学。毕业后他赴巴黎跟随物理学家和化学家V.勒尼奥从事实验工作一年，1846年受聘为格拉斯哥大学自然哲学（物理学当时的别名）教授，任职达53年之久。由于装设第一条大西洋海底电缆有功，英政府于1866年封他为爵士，并于1892年晋升为开尔文勋爵，开尔文这个名字就是从此开始的。1890～1895年任英国皇家学会会长。1904年任格拉斯哥大学校长，直到1907年12月17日在苏格兰的内瑟霍尔逝世为止。开尔文是热力学的主要奠基人之一，他根据盖-吕萨克、卡诺和克拉珀龙的理论于1848年创立了热力学温标。1851年他提出热力学第二定律："不可能从单一热源吸热使之完全变为有用功而不产生其他影响。"1852年他与焦耳合作发现了焦耳－汤姆孙效应。开尔文研究范围广泛，在热学、电磁学、流体力学、光学、地球物理、数学、工程应用等方面都做出了贡献。他一生发表论文多达600余篇，取得70种发明专利，他在当时科学界享有极高的名望。为了纪念他在科学上的功绩，国际计量大会把热力学温标(即绝对温标)称为开尔文(开氏)温标，热力学温度以开尔文为单位，是现在国际单位制中七个基本单位之一。两种说法都指出了自发现象的方向性，是同一客观规律—自然过程的方向性，所以两种说法是等效的。证明两种说法的一致性证明：采用反证法——证明违反克劳修斯表述也必然违反开尓文—普朗克表述。为了证明采用如图a循环。假设制冷机R能使热量Q2从冷源自发地传向热源（注意，这违反克劳修斯说法），同时热机H在该两热源间工作，并进行一个正循环，并且它放给地温热源的热量恰等于Q2。此时该正循环从热源取热量Q1，向外界作功W0=Q1-Q2，（向冷源放出热量Q2）。热机和制冷机联合运行的结果，从单一热源取热Q1-Q2并完全变