热力学第二定律

热力学的一个重要定律
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热力学第二定律（英语：second law of thermodynamics）是热力学的四条基本定律之一，指出：在自然过程中，一个孤立系统总是向无序随机的热力学平衡即熵[shāng]最大的状态演变，熵不会减小。在可逆过程中熵保持不变，[4]在不可逆热力过程中，熵的微增量总是大于零。[1][5][3]这一定律的历史可追溯至1824年，法国工程师萨迪·卡诺提出了卡诺定理。德国人克劳修斯和英国人开尔文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。[6]定律的数学表述主要借助克劳修斯所引入的熵的概念，其数学表达为dS≥dQ/T（不可逆的、可逆的）[7]，具体表述为克劳修斯定理。[1][8][2]
从历史上看，热力学第二定律是一个被接受为热力学理论公理的经验发现。[9]热力学第二定律允许定义热力学温度的概念，但主要由热力学第零定律定义。[10][11]

概述

自然界中有一大类问题是不可逆的，而有关可逆与不可逆的问题正是热力学要研究的，这就是热力学第二定律。第二定律指出在自然界中任何的过程都不可能自动地复原。不可逆过程的初态和终态之间有着重大的差异，这种差异决定了过程的方向，人们用状态函数熵来描述这个差异。为了把过程方向的判断提高到定量水平，引入态函数——熵。为了引入熵，必须先介绍卡诺定理与克劳修斯等式。从微观上考虑，熵是系统中微观粒子杂乱无章程度的度量。若把这―概念进行推广，则可引入信息熵及生物中的负熵。[12]
在一切与热相联系的自然现象中，它们自发地实现的过程都是不可逆的。这就是热力学第二定律的实质。[13]