热力学第二定律开尔文

第三节　热力学第二定律

热力学第二定律发现的准备工作是卡诺完成的，但由于受热质说的影响，他已推开了热力学第二定律的大门而没有跨进去，最终没能把这一定律准确地表达出来。不过，卡诺的工作，为热力学第二定律的发现奠定了基础。最终发现热力学第二定律的是开尔文和克劳修斯。

开尔文，原名成廉·汤姆孙，后由于在科学史的巨大贡献而受册封，称开尔文勋爵。他从小就有小神童之称。11岁上大学，22岁当上教授。他因铺设著名的大西洋海底电缆而名扬天下。同时，他在科学的许多领域都做出过贡献。

在热力学方面，开尔文早期信奉热质说，反对能量守恒定律，直到1851年才改变立场，提出了热力学第二定律。他认为不可能用无生命的机器，把物质的任何一部分冷至比周围最低温度还低，从而获得机械功。这就是热力学第二定律的“开尔文表述”。这个表述后来被改造为：不可能从单一热源取得热使之完全变为有用功，而不产生其他影响。后来又被奥斯忒瓦尔德表述为“第二类永动机是不可能制造成功的”。

对热力学第二定律进行系统研究的应当首推德国物理学家克劳修斯。

1850年，克劳修斯在热力学第一定律的基础上重新研究了卡诺的工作，认为他揭示的一个热机必须工作于两个热源之间的结论具有原则性的意义，然后用不同的表达式总结出了热力学第二定律，即热不可能独自地、不付任何代价地，或者说没有补偿地从冷物体传向较热的物体在一个孤立的系统内热总是从高温物质传到低温物质中去，

尽管克劳修斯和开尔文对热力学第二定律的表述不同其实它们是等价的，并且都包含一个共同的真理，即热机在工作过程中不可能把从高温热源吸收的热量全部转化为有用的功，总要把一部分热量传给低温热源，这就是理想热机的效率不可能达到100%的原因。

1865年，克劳修斯把熵的概念引入热力学，用以说明热力学第二定律。他指出：在孤立系统中，实际发生的过程总是使整个系统的熵值增加，所以热力学第二定律又称“熵增加原理”。

后来，克劳修斯把热力学第二定律推向了宇宙这个大系统。他认为，宇宙的熵总是力图达到某一最大值，当宇宙的熵达到最大值时，宇宙就失去了继续变化的动力，这时，宇宙将处于某种惰性的死的状态中，不再有多种多样的生命形式，宇宙在热平衡中达到寂静和死亡。这样，克劳修斯就从热力学第二定律得出了宇宙“热寂说”。