热力学第二定律的表述方式

热力学第二定律是一条经验定律，它是由生活中总结出来的，而不是由理论证明出来的，它有很多种的表述方式，最基本的表达形式是：“热量只能自动地由高温物体传递到低温物体，直到热平衡，而逆过程是不可能发生的”。其中，“自动地”指不受外界影响的自然过程；“逆过程”是指过程进行中沿反方向进行，不可逆则不能有反方向的过程存在，如果要让热量从低温物体传向高温物体也是可以的，但必须外界对它做功。例如，冰箱是通过电能做功，使冰箱内部（低温处）的热量还能传到外面（高温处），但不是自动地传递，不是自然过程，而是外界强迫的过程。

我们用一块木头放在桌面上摩擦，这叫“做功”，做功可以产生热量（摩擦生热），但我们不可以利用它产生的热量推动木块移动做功。所以，第二种表述为：“摩擦生热是不可逆的”。

蒸汽机做功时，用高温蒸汽推动活塞再带动机器做功，在这个过程中机器摩擦要消耗一些热能，所以第三种表述为：“不可能从单一热源吸热，完全变成有用功而不产生其他影响”。(www.xing528.com)

关于热力学定律还有很多例子，例如，一个转动的飞轮撤除外力后，飞轮转动的惯性使机械能变成转轴和飞轮的内能（热能），最后完全停下来，这个转轴和飞轮间的热量，不可能自动地冷却，又使飞轮转动起来；又如，一个打气筒里封闭了一筒氢气，把氢气压出气筒外散到大气中，然后再用气筒吸气，不可能把原来的氢气全部吸入而不包含别的气体；再如，一滴蓝色的墨水滴到一盆清水中，随着分子的热运动，蓝墨水将充满整盆清水，但我们不能让蓝墨水分子再自动聚集成一滴蓝墨水。综合这三个事例，可把热力学第二定律表述为（第四种）：“一切自发的宏观过程都是不可逆的。这是热力学第二定律最普遍的表达方式”。

再举一个例子，有一个封闭的长方形木箱，中间用隔板分开成A、B两部分，分别在两部分箱子中放入氮气和氧气，在保持外界温度不变的情况下，打开中间隔板，由于空气分子总在做无规则的热运动，于是两种气体分子便混在一起了。一开始这两种分子是分开的，我们把它叫“有序”；最后混合了，无法分开了，这叫“无序”；完全混合了，无序度最大，又叫“平衡态”。这说明，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。为了进一步研究它，科学家在这里引入一个叫作“熵”的概念，一个系统内分子运动的无序程度是用熵来定量描述的。在上面例子中系统没有能量输入，也没有物质输入，这叫“孤立系统”。所以说，一个孤立系统的自发过程是沿着有序向无序方向进行的，也可以说是沿着使系统熵增加的方向进行的（熵的定义有严格的数学规定，此处略）。所以，热力学第二定律还有一个最好的表述方式，就是第五种表述：“在孤立系统中所进行的自然过程总是沿着熵增大的方向进行”。它是不可逆的，平衡态对应于熵最大的状态。热力学第二定律的这种表述叫“熵增加原理”。