热力学第二定律

热力学的一个重要定律
热力学第二定律(英语:second law of thermodynamics)是热力学的四条基本定律之一,指出:一个孤立系统总是向无序随机的热力学平衡[shāng]最大的状态演变。同样地,第二类永动机永不可能实现。[1][4][3]这一定律的历史可追溯至尼古拉·卡诺对于于1824年提出的卡诺定理,证明热机中热量转换为功的效率有一个上限限制。定律有多种表述形式,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克劳修斯所引入的熵的概念,具体表述为克劳修斯定理。[1][5][2]
从历史上看,热力学第二定律是一个被接受为热力学理论公理的经验发现。[6]热力学第二定律允许定义热力学温度的概念,但主要由热力学第零定律定义。[7][8]

概述

自然界中有一大类问题是不可逆的,而有关可逆与不可逆的问题正是热力学要研究的,这就是热力学第二定律。为了把过程方向的判断提高到定量水平,引入态函数——熵。为了引入熵,必须先介绍卡诺定理克劳修斯等式。从微观上考虑,熵是系统中微观粒子杂乱无章程度的度量。若把这―概念进行推广,则可引入信息熵及生物中的负熵。[9]
在一切与热相联系的自然现象中,它们自发地实现的过程都是不可逆的。这就是热力学第二定律的实质。[10]