开尔文-普朗克说法:It is impossible for a system to undergo a cyclic process whose sole effects are the flow of heat into the system from a heat reservoir and the performance of an equivalent amount of work by the system on the surroundings.

克劳修斯说法:It is impossible for a system to undergo a cyclic process whose sole effects are the flow of heat into the system from a cold reservior and the flow of an equal amount of heat out of the system into a hot reservoir.

(对照的中文说法,请看教材,并与此英文对比)

热力学第二定律指明了自然界的热功转化中的普遍规律,即热不可能全部转化为功,而不引起其它变化。

蒸汽机发明后,人们一直关注的就是热功的转化效率的问题。因为煤燃烧产生热,热量传给水,在活塞中的水受热,汽化为水汽,水汽膨胀,推动活塞运动,从而产生功。即,将分子的无序运动的能量转化为了宏观的有序的功。(下图就是一个简单的热机。)

(热机。图片源于百度图片搜索。)

热力学第二定律,指出了热功转化的效率的问题。即,热机的效率不可能达到100%.

所以常说的“第二类永动机无法实现”中的第二类永动机就是指热机效率为100%的热机。

热机的效率根据工作在高温热源和低温热源之间的热机模型可以计算。

热机从高温热源吸收热量Q1,有-w的能量以功的形成转化出去。期间不可避免的和低温热源之间发生热交换而给出Q2的能量。所以,热机的效率为

(-W)/Q1. 由于Q2必然存在,热机必然工作在两个不溶热源之间,所以热机的效率必然小于1.

热力学第二定律告诉我们热机效率不可能达到100%。所以,不要妄想制造效率为100%的热机。

热机是现代动力发展的基础。当你开着汽车,或者坐着汽车(除了电动车,电动车我们在电化学部分在说),你应该就会想起热力学第二定律:热机的效率不可能是100%。

如果谁告诉你,他发明了效率为100%的热机,恭喜他已经突破了地球人的极限了,可以安心的移居去火星了。

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