热力学第二定律与熵

热力学第一定律(能量守恒定律与热力学第一定律)表明热力学过程必须满足能量守恒。那么满足能量守恒的热力学过程就一定能发生吗？显然不是！将高温物体和低温物体接触，高温物体的温度会逐渐降低，而低温物体的温度会逐渐升高，最终两物体温度相等，即热量自发地从高温物体向低温物体传递；但从未有过两个相同温度的物体接触时一个温度自发升高另一个温度自发降低的现象发生过，尽管这一过程可以满足能量守恒。将一滴墨水滴入水中，墨水会扩散开，最终均匀分布在水中，但均匀分布在水中的墨水不会自发地聚集在一起。因此，热力学过程是有方向的。热力学第二定律就是描述热力学过程方向的理论。

热力学第二定律的克劳修斯表述

热量不会自发地从低温物体转移到高温物体而不产生其他影响。也就是说不能造出无需做功就可以源源不断地把热量从低温热源搬运到高温热源的制冷机，这就是冰箱需要耗电的原因。

热力学第二定律的开尔文表述

不可能从单一热源吸热使之完全转变为功，而不产生其他影响。这里的不产生其他影响可以理解为实现做功的装置能完全复原。也就是说热力效率是有理论上限的。能从单一热源吸热使之完全转变为功，而不产生其他影响的机器称为第二类永动机。因此热力学第二定律也可以表述为：第二类永动机不可能制成。与第二类永动机相对应的是违背热力学第一定律的第一类永动机。

克劳修斯熵

克劳修斯熵S可以用微分的形式定义为

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其中T为温度，dQ为可逆过程(可以理解为时时平衡的过程，或无限缓慢的过程)的热量微元。

热力学第二定律的数学形式

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其中δQ为实际过程(不一定是可逆过程)的热量变化，当为可逆过程时等号成立。

热力学第二定律可以用来解释和判断热力学过程的方向。将其用于化学反应，就可以判断一个化学反应是否能发生，或朝什么方向发生，还可以进一步推导出化学平衡理论。