热力学第二定律
一切涉及热现象的能量传递和转化的过程都具有方向性和可逆性。从前面的讨论中，我们
仅仅知道热力学第一定律是不够的，我们不仅需要了解能量在传递和转化过程的量的问题，还
需要知道有关能量在传递和转化过程的方向性和不可逆性的问题，这就需要我们进一步了解热
力学第二定律。
克劳修斯说法：不可能把热从低温热源传到高温热源，而不产生其他变化。
（电冰箱的例子）
开尔文说法：不能能从单一热源吸热并使之全部变为功，而不产生其他变化。
（热机的例子）
一、卡诺循环
热机：热机是通过工质的膨胀和压缩来进行循环操作的，它从高温热源吸热做功W，
将其余的热量放热由此可知低温热源，定义热机效率为
W12
2
1
Q1
1
1
为了研究热机的效率，我们首先来分析一种特殊的热机，它是以理想气体按照4个可逆过
程，完成一组循环，从而对外界工作的热机，我们把这种循环过程称为卡诺循环，其循环具体
可以分为4个步骤（以1mol理想气体为研究对象）
η
第一步：在温度为1的条件下，等温可逆膨胀由11→22
2
1
R1l
1
2
2
Q1WR1l
1
WR1l

气体对环境做功如曲线AB与坐标轴围成的面积，同时系统从高温热源吸热吸热
第二步：绝热可逆膨胀，由221→332
2
WΔU∫
1
Q20
气体对环境做功如曲线BC与坐标轴围成的面积，由于绝热过程，热交换Q0
第三步：在温度为2的条件下，等温可逆压缩由33→44
4
3
R2l
3
4
4
Q3WR2l
3
环境对气体做功如曲线CD与坐标轴围成的面积，同时系统给低温热源放热Q3
WR2l

f第四步：绝热可逆压缩，由442→111
1
WΔU∫
2
Q40
环境对气体做功如曲线AD与坐标做围成面积，由于绝热，热交换Q0
整个过程：曲线ABCD围成红色部分面积，则是热机对环境所做的净功。


T
V
WWWWWR1l
1∫1R2l
V3∫T2CVdT
2
2
1
4
1
3
2
2
4
2
4
QQ1Q2Q3Q412
1
3
1


根据绝热可逆过程方程121231及241111得到14
2
3
1
3
1
2R12l
2
4
2
2
4
1
Qr