开尔文是热量单位吗

事实说明，自然界中自动发生的热力学过程都具有方向性，通过实践人们总结出了表达热力学自动过程进行方向的热力学第二定律。热力学第二定律的表述可以有多种方式，但其中最有代表性的是开尔文表述和克劳修斯表述两种。

1．开尔文表述

开尔文表述：不可能从单一热源吸热使之完全变为有用功而不产生任何其他影响。这里的“其他影响”是指系统将所吸收的热转变为功以外的任何其他变化，这是很强的限制条件。例如，气体等温膨胀推动活塞无摩擦地移动可以使吸收的热量完全变为有用功，但是它自身的体积发生了变化，从而产生了其他影响。

能从单一热源吸热并使之全部转变为功而不引起其他变化的热机（即效率为100%的热机）称为第二类永动机。尽管这类热机不违背热力学第一定律（因为它对外做的功是由吸收的热量转变而来的），但却违背了热力学第二定律，是不可能制造的。所以开尔文表述有时也归纳为“第二类永动机是不可能制造的”。

2．克劳修斯表述

克劳修斯表述：热量不可能自动从低温热源传到高温热源而不产生其他任何影响。

制冷循环（逆循环）从低温热源吸热传到高温热源，在这一热量传输过程中必须有外界做功（产生了其他影响），否则这一传输过程是不可能实现的。

热力学第二定律的两种表述看起来毫不相干，但它们的实质则是一致的、相互等价的，它们包含了同一本质内容：自然界一切与热现象有关的实际过程都是不可逆过程。

为了说明开尔文表述和克劳修斯表述的等效性，可以作如下的证明：①违背克劳修斯表述的，也必定违背开尔文表述；②违背开尔文表述的，也必定违背克劳修斯表述。

设有一台工作在高温热源T1与低温热源T2之间的卡诺热机，在一次循环过程中，从高温热源吸热Q1，向低温热源放热Q2，同时对外做功A＝Q1－Q2，如图11－4－1（a）所示。

图11－4－1 开尔文表述和克劳修斯表述的等效性

假定克劳修斯表述不成立，则可以将热量Q2自动地从低温热源传向高温热源，而不产生其他影响。那么在一次循环结束时，上述两个过程综合起来的唯一效果将是从高温热源放出的热量Q1－Q2全部变成了对外做功A，导致了开尔文表述的不成立。

设有一台工作在高温热源T1与低温热源T2之间的卡诺制冷机，在一次循环过程中，外界对其做功A使Q2的热量从低温热源放出，而高温热源吸收的热量为Q1＝Q2＋A，如图11－4－1（b）所示。假定开尔文表述不成立，则可以在不产生其他影响的情况下将从高温热源放出的热量Q全部转变为对外做功A，那么在一次循环结束时，上述两个过程综合起来的唯一效果将是从低温热源放出的热量Q2自动传给了高温热源，而不产生其他影响，导致克劳修斯表述也不成立。