热力学第二定律（英文：second law of thermodynamics）是热力学的四条基本定律之一，表述热力学过程的不可逆性——孤立系统自发地朝着热力学平衡方向──最大熵状态──演化，同样地，第二类永动机永不可能实现。
这一定律的历史可追溯至尼古拉·卡诺对于热机效率的研究，及其于1824年提出的卡诺定理。定律有许多种表述，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鲁道夫·克劳修斯所引入的熵的概念，具体表述为克劳修斯定理。
虽然这一定律在热力学范畴内是一条经验定律，无法得到解释，但随着统计力学的发展，这一定律得到了解释。
这一定律本身及所引入的熵的概念对于物理学及其他科学领域有深远意义。定律本身可作为过程不可逆性[2]:p.262及时间流向的判据。而路德维希·玻尔兹曼对于熵的微观解释——系统微观粒子无序程度的量度，更使这概念被引用到物理学之外诸多领域，如信息论及生态学等
克劳修斯表述
克劳修斯
克劳修斯表述是以热量传递的不可逆性（即热量总是自
发地从高温热源流向低温热源）作为出发点。
虽然可以借助制冷机使热量从低温热源流向高温热源，
但这过程是借助外界对制冷机做功实现的，即这过程除
了有热量的传递，还有功转化为热的其他影响。
1850年克劳修斯将这一规律总结为：
不可能把热量从低温物体传递到高温物体而不产生其他影响。
开尔文表述
参见：永动机#第二类永动机
开尔文勋爵
开尔文表述是以第二类永动机不可能实现这一规律作为
出发点。
第二类永动机是指可以将从单一热源吸热全部转化为
功，但大量事实证明这个过程是不可能实现的。功能够
自发地、无条件地全部转化为热；但热转化为功是有条
件的，而且转化效率有所限制。也就是说功自发转化为热这一过程只能单向进行而不可逆。
1851年开尔文勋爵把这一普遍规律总结为：
不可能从单一热源吸收能量，使之完全变为有用功而不产生其他影响。
两种表述的等价性
上述两种表述可以论证是等价的：
1.如果开尔文表述不真，那么克劳修斯表述不真：假设存在违反开尔文表述
的热机A，可以从低温热源吸收热量并将其全部转化为有用功。假设存在热机B，可以把功完全转化为热量并传递给高温热源（这在现实中可实现）。此时若让A、B联合工作，则可以看到从低温热源流向高温热源，而并未产生任何其他影响，即克劳修斯表述不真。
2.如果克劳修斯表述不真，那么开尔文表述不真：假设存在违反克劳修斯表
述的制冷机A，可以在不利用外界对其做的功的情况下，使热量由低温热源流向高温热源。假设存在热机B，可以从高温热源吸收热量
并将其中的热量转化为有用功，同时将热量传递给低温热源（这在现实中可实现）。此时若让A、B联合工作，则可以看到A与B联合组成的热机从高温热源吸收热量并将其完全转化为有
用功，而并未产生任何其他影响，即开尔文表述不真。
从上述二点，可以看出上述两种表述是等价的。
卡拉西奥多里原理
卡拉西奥多里
卡拉西奥多里原理是康斯坦丁·卡拉西奥多里（英语：
Constantin Carathéodory）在1909年给出的公理性表述：
在一个系统的任意给定平衡态附近，总有这样的态存在：
从给定的态出发，不可能经过绝热过程得到
值得注意的是，卡拉西奥多里原理如果要和开尔文表述及克劳修斯表述等价，需要辅以普朗克原理（起始处于内部热平衡的封闭系统，等体积功总会增加其内能）。
定律的其他表述
除上述几种表述外，热力学第二定律还有其他表述。如针对焦耳热功当量实验的普朗克表述：
不可存在一个机器，在循环动作中把以重物升高而同时使一热库冷却。
以及较为近期的黑首保劳-肯南表述（Hatsopoulos-Keenan statement）：
对于一个有给定能量，物质组成，参数的系统，存在这样一个稳定的平衡态：其他状态总可以通过可逆过程达到之。
可以论证，这些表述与克劳修斯表述以及开尔文表述是等价的。
卡诺定理[编辑]
卡诺
主条目：卡诺定理(热力学)
参见：热机
卡诺定理是尼古拉·卡诺于1824年在《谈谈火的动力和
能发动这种动力的机器》中发表的有关热机效率的定理。
值得注意的是定理是在热力学第二定律提出20余年前已然提出，从历史角度来说其为热力学第二定律的理论来源。但是卡诺本人给出的证明是在热质说的错误前提下进行的证明[1]:p.176[2]:p.265，而对于其相对严密（以热动说为前提，而非热质说）的证明需要热力学第二定律。
定理的表述
卡诺定理表述为：
1.在相同的高温热源和低温热源间工作的一切可逆热机的效率都相等。
2.在相同的高温热源和低温热源间工作的一切热机中，不可逆热机的效率不可能大于可逆热机的效率。
卡诺循环
卡诺循环示意图
在定理表述中的可逆热机工作机制是按照卡诺于1824年
所提出的卡诺循环，是由两个绝热过程，两个等温过程
组成的循环。利用热力学第一定律和理想气体状态方程，可以得到其效率。(其中、为热力学温标下高、低温热源温度）
卡诺定理的证明
卡诺定理的证明
定理可以利用热力学第二定律的克劳修斯表述进行证
明。[2]:p.266-267
假设存在一违反卡诺定理的不可逆机（图中左边的热机），其效率大于在相同
热源和（)间工作的可逆机效率。此时可见，当其从吸收热量时，其输出有用功，同时向释放热量。
当可逆机（图中右边的卡诺热机）输出同样多有用功时，其从吸收热量，向释放热量。
此时使可逆机逆向运转（即作为制冷机）并与不可逆机联合工作，不难看出有热
量从流向而未产生其他影响，违反克劳修斯表述。则这种不可逆机不可能存在，定理得证。
熵增加原理
考察一系列不可逆过程中熵的变化（如在绝热环境中理想气体的真空自由膨胀，在绝热环境中两物体间热传递等等）经过计算，可以得到，这些过程中系统的熵
。
而现在已有大量的实验证明：
“
热力学系统从一个平衡态到另一平衡态的过程中，其熵永不减少：若过程可逆，则熵不变；若不可逆，则熵增加。
