在這裡，主要講解熱力學第二定律。

熱力學第二定律有着多種表述，且各表述在本質上是等價的。

1824年，法國青年軍事工程師、數學家薩迪·卡諾提出了卡諾定理，成為熱力學的創始人之一。卡諾定理在導出熱力學第二定律的普遍判據——狀态函數 “S”（熵）中具有重要作用。

1850年，德國物理學家和數學家魯道夫·克勞修斯在卡諾定理的基礎上，提出了克勞修斯表述。他從熱傳遞方向上，提出熱量總是從高溫物體傳到低溫物體，不可能做相反的傳遞而不引起其它反應。克勞修斯的這一表述，證明了熱傳遞具有方向性和不可逆性。

1851年，英國物理學家開爾文（原名威廉·湯姆森）提出了開爾文表述。他提出：“不可能從單一熱源取熱使之完全變為有用的功而不産生其它影響”。開爾文從熱功轉化方面提出，功（機械功）可全部轉化為熱，但任何熱機卻不能全部地、連續不斷地把所接受的熱量轉變為功。

開爾文的表述，徹底擊碎了人們“異想天開”的美夢。在這之前，曾有人提出在不違背能量守恒的定律下，制造出一種第二類永動機，比如從海洋、大氣乃至宇宙中吸取熱能，并将這些熱能作為驅動永動機轉動和功輸出的源頭。這種想象中的熱機，被開爾文徹底推翻，證明了它的不可實現。

克勞修斯表述和開爾文表述都被稱為熱力學第二定律。他們的表述雖出自不同角度，但在理念上是等價的。這兩種表述是可以互相之間推導的，比如通過克勞修斯的表述就能推導出開爾文表述。同樣，如果其中一個表述不成立則另一個表述也不會成立。

熱力學第二定律确定了一個新的态函數，熵（S）。

熵增定律，也叫熵增加原理，是熱力學第二定律的又一種表述。

熵增加原理，表明了在孤立系統内對可逆過程，系統的熵總保持不變；對不可逆過程，系統的熵則總是增加的。

這一原理，比克勞修斯、開爾文表述更為概括地指出了不可逆過程的進行方向，即一切不可逆過程必然朝着熵的不斷增加的方向進行。由于孤立系統的一切自發過程均向着其微觀狀态更無序的方向發展，因此如果要使系統由最終狀态（無序狀态）回到原先的有序狀态（初始狀态）是不可能的，除非外界對它做功。

同時，熵增加原理，指出了熱力學第二定律是大量分子無規則運動所具有的統計規律，因此隻能适用于由很大數目分子所構成的系統及有限範圍内的宏觀過程，它不适用于單個分子或由少量分子構成的系統。

熱力學第二定律即使在有限的宏觀系統中，也要保證兩個必不可少的條件，即：該系統是線性的；該系統全部是各向同性的。

熱力學第二定律，不但确定了熵這一新的态函數，它在人們的生活中也得到了廣泛應用。比如家用電器裡的冰箱、空調、以及作為現代交通工具的磁懸浮列車等。

作者：宋日紅

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