热力学第二定律有两种常用表述

热力学第二定律克劳修斯表述和开尔文表述文章标题：深度剖析热力学第二定律：克劳修斯表述与开尔文表述引言热力学第二定律是热力学中的重要定律之一，涉及能量转化和熵增的规律。

在这篇文章中，我们将深入研究热力学第二定律的两种表述方法：克劳修斯表述和开尔文表述。

通过全面评估这两种表述方式，我们将对热力学第二定律有更深入的理解，并探讨其在现实生活和工程应用中的意义。

一、克劳修斯表述1. 热力学第二定律的克劳修斯表述在研究热力学第二定律的克劳修斯表述时，我们需要首先了解其基本原理。

克劳修斯表述指出，在热力学系统中，不存在这样一种过程，使得热量从低温物体传递到高温物体，而不需要外界做功。

这一表述从宏观的角度说明了能量转化的方向性和不可逆性，为我们理解能量转化过程提供了重要的参考。

2. 克劳修斯表述的意义克劳修斯表述的提出，为我们揭示了自然界中能量转化的普遍规律，从而引导着我们在能源利用和工程设计中充分考虑能量转化的方向性和效率性。

它不仅对于热力学领域有着重要的指导意义，更对于生活和工程应用中的能源转化具有实际的指导作用。

二、开尔文表述1. 热力学第二定律的开尔文表述开尔文表述是热力学第二定律的另一种重要表述方式，其核心概念是热机的热效率。

开尔文表述指出，不存在一种热机能够将热量完全转化为功而不产生其他影响。

这一表述强调了能量转化中的效率性和有限性，为我们在能源利用和工程设计中提供了重要的启示。

2. 开尔文表述的意义开尔文表述的提出，使我们更加深入地理解了能源转化中的效率问题，引导着我们不断提高能源利用的效率和降低能源消耗的损耗。

这对于可持续能源发展和节能减排具有重要的指导作用，对于人类社会的可持续发展具有深远的意义。

总结回顾热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述分别从不同的角度阐释了能量转化和熵增的规律。

克劳修斯表述强调了能量转化的方向性和不可逆性，而开尔文表述则着重于能量转化的效率性和有限性。

这两种表述方式共同构成了热力学第二定律的完整内涵，引导着我们在能源利用和工程设计中进行合理规划和有效管理。

热力学第二定律的几种表述及关系
热力学第二定律
热力学第二定律有几种表述方式：
克劳修斯表述：
热量可以自发地从较热的物体传递到较冷的物体，但不可能自发地从较冷的物体传递到较热的物体；
开尔文-普朗克表述：
不可能从单一热源吸取热量，并将这热量变为功，而不产生其他影响。

熵表述：
随时间进行，一个孤立体系中的熵总是不会减少。

关系：
热力学第二定律的两种表述（前2种）看上去似乎没什么关系，然而实际上他们是等效的，即由其中一个，可以推导出另一个。

意义：
热力学第二定律的每一种表述，揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性，使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。

微观意义
一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。

第二类永动机（不可能制成）
只从单一热源吸收热量，使之完全变为有用的功而不引起其他变化的热机。

热力学专业考研题库及答案热力学是物理学的一个重要分支，研究的是能量转化与传递的规律。

在热力学的学习过程中，考研题库是一个非常重要的资源。

通过解答题库中的问题，不仅可以巩固理论知识，还能提高解题能力。

本文将介绍一些常见的热力学考研题目，并给出相应的答案。

1. 热力学第一定律是什么？请简要解释。

热力学第一定律是能量守恒定律的数学表达形式。

它表明，在一个封闭系统中，能量的增加等于系统对外做功与从外界传递给系统的热量之和。

即ΔU = Q + W，其中ΔU表示系统内能的变化，Q表示传递给系统的热量，W表示系统对外做的功。

2. 请解释热力学第二定律的两种表述形式。

热力学第二定律有两种表述形式：开尔文表述和克劳修斯表述。

开尔文表述指出，不可能从单一热源吸热，完全转化为功而不产生其他影响。

克劳修斯表述则指出，不可能把热量从低温物体传递给高温物体而不产生其他影响。

3. 什么是热容？如何计算物体的热容？热容是物体在温度变化时所吸收或放出的热量与温度变化之间的比例关系。

热容可以分为定压热容和定容热容两种。

定压热容是指在恒定压力下，单位质量物体温度升高1度所吸收的热量，用Cp表示。

定容热容是指在恒定体积下，单位质量物体温度升高1度所吸收的热量，用Cv表示。

物体的热容可以通过实验测量得到。

4. 热力学中的熵是什么？它有什么特点？熵是热力学中一个重要的物理量，用S表示。

它是一个系统的无序程度的度量，也可以理解为系统的混乱程度。

熵的增加代表着系统的无序度增加，而熵的减少则代表着系统的有序度增加。

根据热力学第二定律，一个孤立系统的熵不会减少，只会增加或保持不变。

5. 热力学循环中的卡诺循环是什么？请简要描述其工作原理。

卡诺循环是一种理想的热力学循环，用于研究热机的最高效率。

它由两个等温过程和两个绝热过程组成。

卡诺循环的工作原理如下：首先，气体在高温热源中等温膨胀，吸收热量；然后，气体绝热膨胀，对外做功；接着，气体在低温热源中等温压缩，放出热量；最后，气体绝热压缩，对外做功。

热力学第二定律热力学第二定律（second law of thermodynamics），热力学基本定律之一，其表述为：不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，或不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响，或不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零。

又称“熵增定律”，表明了在自然过程中，一个孤立系统的总混乱度（即“熵”）不会减小。

1824年，法国工程师萨迪·卡诺提出了卡诺定理。

德国人克劳修斯（Rudolph Clausius）和英国人开尔文（Lord Kelvin）在热力学第一定律建立以后重新审查了卡诺定理，意识到卡诺定理必须依据一个新的定理，即热力学第二定律。

他们分别于1850年和1851年提出了克劳修斯表述和开尔文表述。

这两种表述在理念上是等价的。

违背热力学第二定律的永动机称为第二类永动机。

微克劳修斯表述不可能把热量从低温物体传向高温物体而不引起其它变化。

英国物理学家开尔文（原名汤姆逊）在研究卡诺和焦耳的工作时，发现了某种不和谐：按照能量守恒定律，热和功应该是等价的，可是按照卡诺的理论，热和功并不是完全相同的，因为功可以完全变成热而不需要任何条件，而热产生功却必须伴随有热向冷的耗散。

他在1849年的一篇论文中说：“热的理论需要进行认真改革，必须寻找新的实验事实。

”同时代的克劳修斯也认真研究了这些问题，他敏锐地看到不和谐存在于卡诺理论的内部。

他指出卡诺理论中关于热产生功必须伴随着热向冷的传递的结论是正确的，而热的量（即热质）不发生变化则是不对的。

克劳修斯在1850年发表的论文中提出，在热的理论中，除了能量守恒定律以外，还必须补充另外一条基本定律：“没有某种动力的消耗或其他变化，不可能使热从低温转移到高温。

”这条定律后来被称作热力学第二定律。

开尔文表述不可能制成一种循环动作的热机，从单一热源取热，使之完全变为功而不引起其它变化。

这是从能量消耗的角度说的。

开尔文表述还可以表述成：第二类永动机不可能实现[4] 。

热力学第二定律的开尔文表述和克劳修斯
热力学第二定律其核心思想可被开尔文和克劳修斯两大学者所表述，被我们大
家所熟知。

开尔文提出“系统朝着熵减少的方向发展，也就是说，自然界中所有现象都是朝一个特定方向发展，即熵、混乱会增大”，克劳修斯提出了热力学第二定律也就是“所有正在进行的热力学过程，系统以恒定的温度下的熵减少最小化” 。

首先，开尔文的表述把我们的世界比作一个演绎的过程，他说“自然界中所有
现象都是朝一个特定方向发展，即熵、混乱会增大”，这个特定方向就是熵的减少和混沌的增加。

开尔文的表述突出的是这种可以被观察到的演绎，也就是“朝着熵减少的方向发展”，而熵减少意味着能量原则的实践，而这正是我们日常观察到的自然界中最基本也是普遍最重要的理论原则。

此外，克劳修斯的表述则更加直接，他说“所有正在进行的热力学过程，系统
以恒定的温度下的熵减少最小化”。

克劳修斯的表述强调的是温度下的熵减少的负面值，这也意味着能量原则的实践，而熵减少的负特性意味着，热力学可以被认为是一个自发性的过程，从混乱状态上产生出有序状态，而这也是自然界中我们所观察到的现象。

综上所述，热力学第二定律是一个能量逐渐减少的原则，由两位全球知名学者
开尔文和克劳修斯对此定律进行了深入的表述，他们的表述提供了我们非常有力的理论支撑，让我们能够更好的理解和复刻大自然的运作原理。

第六章热力学第二定律绪 言一、热力学第二定律的任务：判断过程进行的方向和限度。

热力学第一定律是能量守恒与转化定律（第一类永动机不能制成），那么任何违反热力学第一定律的过程都不能发生。

然而，大量事实已证明，有些不违反热力学第一定律的过程也并不能发生。

大家都知道在自然界中存在许许多多朝一定方向自发进行的自然过程，即在一定条件无需人为地施加任何外力就能自动发生的过程。

例如：(1) 水从高处流向低处，直至水面的高度相同。

(2) 气体自动地从高压区流向低压区，直至压力相等。

(3) 两个温度不同的金属棒接触，热自动的从高温棒传向低温棒，直到温度相同。

(4) 浓度不均的溶液体系会自动地变成浓度均匀一致等等。

这些过程都属于自动发生的过程，但是从来也不会自动发生上述这些过程的逆过程，即水自动从低处流向高处。

虽然这些逆过程若能发生，也并不违反热力学第一定律。

从这还看出：自发过程都具有单向性、有限性。

所以说，热力学第一定律不能告述人们过程进行的方向及限度，要解决过程的方向和限度必须依赖于热力学第二定律。

所以热力学第二定律要解决的中心任务就是如何判断过程的方向和限度问题。

学习热力学第二定律的基本路线与讨论热力学第一定律相似，先从人们在大量实验中的经验得出热力学第二定律，建立几个热力学函数S 、G 、F，再用其改变量判断过程的方向与限度。

第一节自发变化的共同特征—不可逆性对周围发生的实际过程进行研究，依据热力学第二定律说明实际过程的不可逆性。

例1: 理想气体向真空膨胀过程。

该过程是一实际发生的过程，在此过程中Q1 = 0，W1 = 0，过程发生后体系的状态发生了变化（体积增大）。

若想使体系复原可以做到，只要消耗W2的功把气体压缩回去就行。

压缩过程中，气体会传给环境与W2相等的热∣Q2∣= W2，环境能不能复原取决于热能否全部转化为功而不再引起任何其它变化。

在学习可逆过程中知道，不可逆膨胀及反向不可逆压缩时W2≠∣W1∣，而是W2 >∣W1∣。

热力学第二定律可以表述为
热力学第二定律是指在一个封闭系统中，热量不可能从低温物体自发地流向高温物体，而必须要有外界做功才能实现。

它还可以被表述为热量不可能完全转化为功，总会有一部分热量被废热散失到周围环境中。

这个过程是不可逆的，因为系统总是趋向于更高的熵状态。

熵可以被理解为一个系统的无序程度，热力学第二定律表明在一个孤立的系统中，熵总是不断增加的。

这个定律对于能源转换、热机效率、自然界中的现象等都有着重要的应用。

第三章热力学第二定律3.1 热力学第二定律的克劳修斯说法和开尔文说法热力学第二定律(second law of thermodynamics)有多种说法，各种说法完全等价的，它是人类经验的总结。

下面介绍两种经典说法。

克劳修斯(R. Clausius)说法：热从低温物体传给高温物体而不产生其它变化是不可能的。

开尔文(L. Kelvin)说法：从一个热源吸热，使之完全转化为功而不产生其它变化是不可能的，或第二类永动机是不可能造成的。

注意的是并非热不能从低温物体传给高温物体，而是不产生其它变化，如致冷机需要消耗电能。

另外也不能简单理解开尔文说法为，如理想气体等温膨胀， U = 0 -Q = W，即热全部变为功，但气体体积变大了。

所以是不引起其它变化的条件下，热不能全部转化为功。

所谓第二类永动机乃是一种能够从单一热源吸热，并将所吸收的热全部变为功而无其它影响的机器，那是不可能造成的。

认识热力学第二定律，首先从热、功转化规律开始，所以首先介绍卡诺定理3.2 卡诺定理3.2.1 热机效率如图3.2-1所示，热机从高温热源吸热Q1，对环境作功 -W，同时向低温热源放热Q2，完成一个循环。

图3.2-1 热转化为功热机效率(efficiency of the heat engine)...... (3.2-1)3.2.2 可逆热机效率可逆过程系统做功最大，热机效率也最大。

1. 卡诺循环卡诺(S. Carnot)设想一部理想热机，由理想气体经四个可逆过程来完成一个循环，如图3-2，称卡诺循环。

过程如下：(1)→(2) 恒温可逆膨胀：(2)→(3) 绝热可逆膨胀：即(3)→(4)恒温可逆压缩：(4)→(1) 绝热可逆压缩：即得经一循环 DU = 0，热机所作的净功热机效率......(3.2-2)即结论：卡诺热机（可逆热机）效率的大小与两个热源的温差有关。

不可逆热机效率没有这种关系。

从(3.2-2)式还可以得到 ......(3.2-3)结论：卡诺循环（可逆过程）中热温商（Q/T）之和为零。

第二定律知识点总结第二定律又称为熵增加定律，是热力学的基本定律之一。

它指出了一个系统内熵的增加和熵的不可逆性。

熵是描述系统内部无序度和混乱程度的物理量，第二定律的核心概念是系统的熵永远不会减少，只会增加或保持不变。

这个定律在热力学和统计物理中有着广泛的应用，是热力学理论的基石之一。

第二定律的数学表达形式有两种，一种是卡诺热机效率的表达式，另一种是克劳修斯不等式。

卡诺热机效率公式表达了热机在工作过程中的热量转化效率，它是根据第二定律推导出来的。

克劳修斯不等式则表明了热量不可能自发地从低温物体转移到高温物体，这也是第二定律的一个重要应用。

此外，第二定律还涉及到了热力学系统的热力学过程、热力学平衡、热力学势等方面的内容。

在统计物理学中，第二定律也有着深刻的应用，通过统计物理学的方法可以从微观角度推导出热力学第二定律，从而证明了它的普适性。

在能源转换和热力学系统的工程应用中，第二定律也有着重要的作用。

它为能源利用效率的限制提供了理论基础，指导着能源设备的设计和运行。

因此，深入理解和掌握第二定律的知识对于热力学和能源工程等领域的学习和研究具有重要意义。

本文将从以下几个方面对第二定律的知识点进行总结和讨论：第二定律的基本概念和数学表达、热力学过程中的应用、统计物理学中的应用、工程中的应用以及与其他热力学定律的关系等内容。

第二定律的基本概念和数学表达熵的概念是热力学中的一个重要物理量，它是描述系统的混乱程度和无序度的物理量。

熵增加定律指出了一个系统内熵的增加是自发进行的，不可逆的。

熵的增加是由于系统内部的微观粒子的运动趋向于更加离散和混乱，这导致了系统的熵增加。

在实际的能量转换过程中，热力学第二定律的意义在于能量的质量是随着能量转移而逐渐降低的。

熵增加定律指出了一个封闭系统内熵的增加是自发进行的，并且系统的总能量不可能完全转化为有用的功，总是会有一部分能量转化为不可逆的熵增加。

热力学第二定律的数学表达可以通过卡诺热机效率和克劳修斯不等式来描述。

对热力学第二定律的理解一、热力学第二定律的概述1、热力学第二定律建立的历史过程在热力学第一定律之后，人们开始考虑热能转化为功的效率问题。

这时，又有人设计这样一种机械——它可以从一个热源无限地取热从而做功。

这被称为第二类永动机。

19世纪初，巴本、纽可门等发明的蒸汽机经过许多人特别是瓦特的重大改进，已广泛应用于工厂、矿山、交通运输，但当时人们对蒸汽机的理论研究还是非常缺乏的。

热力学第二定律就是在研究如何提高热机效率问题的推动下，逐步被发现的，并用于解决与热现象有关的过程进行方向的问题。

1824年，法国陆军工程师卡诺在他发表的论文“论火的动力”中提出了著名的“卡诺定理”，找到了提高热机效率的根本途径。

但卡诺在当时是采用“热质说”的错误观点来研究问题的。

从1840年到1847年间，在迈尔、焦耳、亥姆霍兹等人的努力下，热力学第一定律以及更普遍的能量守恒定律建立起来了。

“热动说”的正确观点也普遍为人们所接受。

1848年，开尔文爵士(威廉·汤姆生)根据卡诺定理，建立了热力学温标(绝对温标)。

它完全不依赖于任何特殊物质的物理特性，从理论上解决了各种经验温标不相一致的缺点。

这些为热力学第二定律的建立准备了条件。

1850年，克劳修斯从“热动说”出发重新审查了卡诺的工作，考虑到热传导总是自发地将热量从高温物体传给低温物体这一事实，得出了热力学第二定律的初次表述。

后来历经多次简练和修改，逐渐演变为现行物理教科书中公认的“克劳修斯表述”。

与此同时，开尔文也独立地从卡诺的工作中得出了热力学第二定律的另一种表述，后来演变为更精炼的现行物理教科书中公认的“开尔文表述”。

上述对热力学第二定律的两种表述是等价的，由一种表述的正确性完全可以推导出另一种表述的正确性。

他们都是指明了自然界宏观过程的方向性，或不可逆性。

克劳修斯的说法是从热传递方向上说的，即热量只能自发地从高温物体传向低温物体，而不可能从低温物体传向高温物体而不引起其他变化。

一、自发反应-不可逆性（自发反应乃是热力学的不可逆过程）一个自发反应发生之后，不可能使系统和环境都恢复到原来的状态而不留下任何影响，也就是说自发反应是有方向性的，是不可逆的。

二、热力学第二定律1.热力学的两种说法：Clausius:不可能把热从低温物体传到高温物体，而不引起其它变化Kelvin：不可能从单一热源取出热使之完全变为功，而不发生其他的变化2.文字表述：第二类永动机是不可能造成的（单一热源吸热，并将所吸收的热完全转化为功）功热【功完全转化为热，热不完全转化为功】（无条件，无痕迹，不引起环境的改变）可逆性：系统和环境同时复原3.自发过程：（无需依靠消耗环境的作用就能自动进行的过程）特征：（1）自发过程单方面趋于平衡；（2）均不可逆性；（3）对环境做功，可从自发过程获得可用功三、卡诺定理（在相同高温热源和低温热源之间工作的热机）（不可逆热机的效率小于可逆热机）所有工作于同温热源与同温冷源之间的可逆机，其热机效率都相同，且与工作物质无关四、熵的概念1.在卡诺循环中，得到热效应与温度的商值加和等于零：任意可逆过程的热温商的值决定于始终状态，而与可逆途径无关热温商具有状态函数的性质：周而复始数值还原从物理学概念，对任意一个循环过程，若一个物理量的改变值的总和为0，则该物理量为状态函数2. 热温商：热量与温度的商3. 熵：热力学状态函数熵的变化值可用可逆过程的热温商值来衡量（数值上相等）4. 熵的性质：（1）熵是状态函数，是体系自身的性质是系统的状态函数，是容量性质（2）熵是一个广度性质的函数，总的熵的变化量等于各部分熵的变化量之和（3）只有可逆过程的热温商之和等于熵变（4）可逆过程热温商不是熵，只是过程中熵函数变化值的度量（5）可用克劳修斯不等式来判别过程的可逆性（6）在绝热过程中，若过程是可逆的，则系统的熵不变（7）在任何一个隔离系统中，若进行了不可逆过程，系统的熵就要增大，所以在隔离系统中，一切能自动进行的过程都引起熵的增大。

热力学第二定律的两种
热力学第二定律的两种表述分别为：
克劳修斯表述（按热传递的方向性来表述）：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。

也就是说，热传导是有方向性的，这个方向就是温度梯度的方向，即热量总是自动地从高温物体传到低温物体。

开尔文表述（按机械能与内能转化过程的方向性来表述）：不可能从单一热源吸收热量，使之完全变成功（全部对外做功），而不产生其他影响（不引起其他变化）。

或者，不可能制成一种循环动作的热机，只从一个热源吸取能量，使之全部变为有用的功，而不产生其他影响。

这意味着，热不能直接全部转化为机械功，而不引起其他变化。

这两种表述都揭示了热力学过程的方向性，即自然中的热现象具有方向性，热量总是自发地从高温物体传向低温物体，而不可能从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。

同时，热也不能全部转化为机械功，而不产生其他影响。

这些方向性限制了热能的利用和转换效率，也是热力学第二定律的核心内容。