热力学第二定律（）是热力学的四条基本定律之一，表述热力学过程的不可逆性——孤立系统自發地朝著熱力學平衡方向──最大熵狀態──演化，同样地，第二类永动机永不可能实现。
這一定律的歷史可追溯至尼古拉·卡诺对于热机效率的研究，及其于1824年提出的卡诺定理
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开尔文表述
开尔文表述是以第二类永动机不可能实现这一规律作为出发点。
第二类永动机是指可以将从单一热源吸热全部转化为功，但大量事实证明这个过程是不可能实现的。功能够自发地、无条件地全部转化为热；但热转化为功是有条件的，而且转化效率有所限制。也就是说功自发转化为热这一过程只能单向进行而不可逆。
1851年开尔文勋爵把这一普遍规律总结为：
两种表述的等价性
上述两种表述可以论证是等价的：
#如果开尔文表述不真，那么克勞修斯表述不真：假设存在违反开尔文表述的热机A，可以从低温热源T_2吸收热量Q並将其全部转化为有用功W。假設存在热机B，可以把功W完全转化为热量Q并传递给高温热源T_1（这在现实中可实现）。此时若让A、B联合工作，則可以看到Q从低温热源T_2流向高温热源T_1，而并未产生任何其他影响，即克劳修斯表述不真。
#如果克勞修斯表述不真，那么开尔文表述不真：假设存在违反克劳修斯表述的制冷机A，可以在不利用外界对其做的功的情况下，使热量Q_1由低温热源T_2流向高温热源T_1。假設存在热机B，可以从高温热源T_1吸收热量Q_2並将其中Q_2-Q_1的熱量转化为有用功W，同时将热量Q_1传递给低温热源T_2（这在现实中可实现）。此时若让A、B联合工作，則可以看到A与B联合组成的热机从高温热源T_1吸收热量Q_2-Q_1並将其完全转化为有用功W，而并未产生任何其他影响，即开尔文表述不真。
从上述二點，可以看出上述两种表述是等价的。
卡拉西奥多里原理
卡拉西奥多里原理是康斯坦丁·卡拉西奥多里在1909年给出的公理性表述：
值得注意的是，卡拉西奥多里原理如果要和开尔文表述及克劳修斯表述等价，需要辅以普朗克原理（起始处于内部热平衡的封闭系统，等体积功总会增加其内能）。
定律的其他表述
除上述几种表述外，热力学第二定律还有其他表述。
如针对焦耳热功当量实验的普朗克表述：
可以论证，这些表述与克劳修斯表述以及开尔文表述是等价的。
定律的推论
卡诺定理
卡诺定理是尼古拉·卡诺于1824年在《谈谈火的动力和能发动这种动力的机器》中发表的有关热机效率的定理。值得注意的是定理是在热力学第二定律提出20余年前已然提出，从历史角度来说其为热力学第二定律的理论来源。但是卡诺本人给出的证明是在热质说的错误前提下进行的证明
综上，可以得到对于一切在给定热源下的工作循环，系统流入的热量Q与环境温度T存在：\oint \frac{\delta Q}{T} \le 0。当且仅当工作循环为可逆循环时\oint \frac{\delta Q}{T} = 0。
熵
熵的热力学定义
熵作为状态参量最早由克劳修斯于1854年首次引入，1865年他把这一状态参量命名为Entropie（德语）（来源于希腊语τρoπή, umkehren，转变）。现在已有的一些实验结果与玻尔兹曼的叙述基本相符。
吉布斯悖论
玻尔兹曼关系给出了一个并不外延的熵的表示方法。这导致产生了一个明显有悖于热力学第二定律的结论，吉布斯悖论——其允许一个封闭系统的熵减少。在通常的解释中，都会引用量子力学中粒子的不可区分性去说明系统中粒子本身性质并不影响系统的熵来避免产生这一悖论。然而现在有越来越多论文采用如是观点：熵阐释的改变恰恰可以忽略由于分子本身排列方式改变所带来的影响。而现有的对于理想气体的熵的解释是外延的。
参阅
- 热力学
- 热力学第零定律
- 热力学第一定律
- 热力学第三定律
- 不可逆性
- 卡諾定理
- 熵
- 熱寂
- 克勞修斯－迪昂不等式
参考文献
扩展阅读
Goldstein, Martin, and Inge F., 1993. The Refrigerator and the Universe*. Harvard Univ. Press. Chpts. 4–9 contain an introduction to the Second Law, one a bit less technical than this entry.
Leff Harvey S., and Rex, Andrew F. (eds.) 2003. Maxwell's Demon 2 : Entropy, classical and quantum information, computing*. Bristol UK; Philadelphia PA: Institute of Physics.
*(technical).
- ([https://books.google.com/books?id=tgdJAAAAIAAJ full text of 1897 ed.] ) ([http://www.history.rochester.edu/steam/carnot/1943/ html] )
Stephen Jay Kline (1999). The Low-Down on Entropy and Interpretive Thermodynamics*, La Canada, CA: DCW Industries. .
外部链接
*Stanford Encyclopedia of Philosophy: "[http://plato.stanford.edu/entries/statphys-statmech/ Philosophy of Statistical Mechanics] " – by Lawrence Sklar.
[http://web.mit.edu/16.unified/www/FALL/thermodynamics/notes/node30.html Second law of thermodynamics] in the MIT Course [http://web.mit.edu/16.unified/www/FALL/thermodynamics/notes/notes.html Unified Thermodynamics and Propulsion*] from Prof. Z. S. Spakovszky
E.T. Jaynes, 1988, "[http://bayes.wustl.edu/etj/articles/ccarnot.pdf The evolution of Carnot's principle] ," in G. J. Erickson and C. R. Smith (eds.)Maximum-Entropy and Bayesian Methods in Science and Engineering, Vol* 1: p. 267.
*[http://neo-classical-physics.info/uploads/3/0/6/5/3065888/caratheodory_-_thermodynamics.pdf Caratheodory, C., "Examination of the foundations of thermodynamics," trans. by D. H. Delphenich]
- [https://www.bbc.co.uk/programmes/p004y2bm The Second Law of Thermodynamics] , BBC Radio 4 discussion with John Gribbin, Peter Atkins & Monica Grady (In Our Time, Dec. 16, 2004)
- [https://www.journals.uchicago.edu/doi/abs/10.1086/663835 The Journal of the International Society for the History of Philosophy of Science, 2012]
- 科学智慧火花：[http://idea.cas.cn/viewpoint.action?docid=62563 热力学第二定律与第二类永动机之错误]
Thermodynamik#Zweiter Hauptsatz
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