热物理学

热力学第二定律

第二定律决定自然过程的方向：孤立系统总熵不减，尽管能量守恒。

第一定律给出能量收支，却不决定自发过程的方向。第二定律补充时间方向：热自发地从高温流向低温，反向传热需要外界作用。

系统与环境

系统放热时自身熵可以下降；第二定律适用于系统及其环境整体。可逆过程总熵不变，不可逆过程产生正熵。

快速测验

理解熵作用的一种方法是考虑两个不同温度的物体交换微小热量 $delta Q$。热物体放热，其熵变约为 $-delta Q/T_h$；冷物体吸热，熵变为 $+delta Q/T_c$。由于 $T_c<T_h$，总熵变为正：自发传热使这对孤立物体的熵增加。若要反向传热，冰箱必须从外界获得功；能量守恒并未被破坏，但环境的熵也会改变。可逆过程使总熵不变，而真实过程中的摩擦、扩散或有限温差传热会产生熵。因此第二定律并不是说能量消失，而是说明循环热机不可能把从单一热源吸收的全部热量都变成功。

系统放热或被冷却时，自身熵可以减少，只要环境熵增加得更多即可。两个温度相同的热源可逆交换热量时总熵保持不变；存在有限温差时总熵增加。判断自发方向时必须同时考虑系统和环境。