蒸汽机模型
在18、19世纪工业革命时候，得到广泛应用的是瓦特发明的蒸汽机。这个是瓦特当时制作的一个蒸汽机的模型。在蒸汽机得到广泛应用之后，当时大家会有一个非常重要的问题——怎么提高蒸汽机的效率。因为我们知道，当时在欧洲各个国家，工业上有各种各样的竞争，所以谁能开发出具有最高效率的蒸汽机，在整个竞争中，就会有非常大的优势。
瓦特蒸汽机
这个问题当时是在一个纯粹的工业背景上提出来的。给出这个问题的解答的是卡诺。在前面杨老师的课上也给大家介绍过，卡诺是一个天才型的科学家，但是非常可惜的是，他很年轻的时候就去世了。他提出，我们现在叫卡诺热机，把整个蒸汽机工作的过程分解成四个过程：有两个等温过程、两个绝热过程。热机有两个热源，一个是高温热源，一个低温热源。
热机在高温热源的时候，它的第一个过程，就是从高温热源吸热，然后蒸汽保持等温膨胀的过程。它这里的压强跟整个体积是遵从等温膨胀的关系。在等温过程结束之后，然后紧接着热机离开了热源，它经历的是绝热膨胀过程，所以这时候它的压强跟它的体积遵循的是绝热膨胀的关系。在膨胀结束后，然后活塞又往里压气体，所以这时候它就会放热。在低温热源，先是一个等温放热的过程，最后是一个绝热压缩的过程。这四个过程组成了一个循环，我们叫做卡诺循环。
卡诺
卡诺当时提出来，如果这四个过程都是可逆的话，这么一个抽象出来的蒸汽机，我们叫卡诺热机，它的效率是最高的 ，而且效率跟蒸汽机里面用的工作介质是没有关系的。它的整个效率，只和高温热源、低温热源的温度有关。但是就像我们刚才说的，很遗憾的是，卡诺他很年轻就去世了。那时候整个热力学第一定律，还没有得到很好的发展，当时认为热本身，是一种类似物质一样的存在，它本身是守恒的。
热力学第二定律的
克劳修斯表述
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后来我们知道，焦耳等人发现热实际上不能按照热质说来解释，它实际上是一种能量的概念。热实际上是微观体系里的构成物质的分子的动能，包括势能的总和的体现。后来另外一个伟大的科学家克劳修斯也看到了卡诺相关的论述，他结合了后来发展出来的热力学第一定律，回头重新看卡诺定理的时候，发现要卡诺定理成立，这时候需要新补充一个定律，这就是现在被我们称为热力学第二定律的一个表述——热量从低温物体向高温物体传递而不引起其他任何影响是不可能的。
克劳修斯
从表面上看这个结论感觉是一个比较显而易见的事情——热量只能从高温往低温传，就像水，只能从高处往低处流。这是我们对周围的现象的非常好的认识，但是你要把它表述准确到位，形成一种科学的表述，这里面很多东西还是很关键的。热力学第二定律不仅仅说热从低温到高温的物体的传递，很重要的一部分，大家看后面有一个界定，要不引起其它任何影响，一定要包括这一部分。
现在看我们身边的例子，热从低温到高温转移的例子是存在的。最简单说，现在夏天到了，如果开了空调，我们可以把房间里的热量，通过空调传递给外面的空间。夏天外面的气温一般都是三十几度，当然我们空调的房间的设定都是二十几度。这时候，我们通过空调实现了把热从低温往高温传递这么一个过程。但是这里面，它会涉及到空调的介入，要耗电，对整个体系是有影响的，而不是没影响的。
所以热力学第二定律的克劳修斯表述，他说的是一定要不引起任何其他影响的这种过程是不可能的。但是这里还有一层意思，热如果只是从高温往低温移动，不引起其他任何影响的过程是可能的，但是反过来是不可能的。这里面有很深刻的物理内涵。从物理学上来说，我们破坏了高温跟低温这两端的对称性。就像我们说水为什么要从高处往低处流，我们都学过力学对吧，我们知道因为重力的存在，所以它要喜欢势能低的低处，所以高处跟低处是不对称的。但是我们现实生活里，这个不对称并不是显而易见的 ，对称性其实很多时候是广泛存在的。最简单比如说，在操场上有一个跑道，假设这跑道是东西走向的，跑道起点是在东边，或者设在西边，实际上是没有任何区别的，东边西边是对称的。
克劳修斯的整个热力学第二定律，它实际上就说了方向性问题，而且说高温跟低温是不一样的。所以这是一个非常深刻的物理学上的概念。这个表述是克劳修斯在1850年提出来的。
热力学第二定律的
开尔文表述
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然后开尔文，前面杨老师介绍过，他也是整个热力学领域里一个奠基性的人物。他同样去看了卡诺定理的表述，然后他提出来另外一个概念，跟克劳修斯的说法，稍不一样的表述——不可能存在一种热机，从单一热源吸收热量全部转化为功，而不引起任何其他影响。所以这里面同样重要的，有一个界定，就是说：不产生任何其他影响。这里说的是，从单一热源吸收热量，全部转化为功是不可能的。回到刚才卡诺热机模型，它经历了一个循环之后，从一个高温过程吸热 ，然后绝热膨胀，然后再在低温放热，再绝热压缩回去，这个循环的初态跟终态是一样的，所以它是没有引起任何变化的。而且在整个循环过程中，它是对外做了功。这似乎和开尔文表述矛盾了？这里面涉及到两个热源，从高温热源吸热，然后到低温热源放热，而开尔文说的是，从单一热源吸热，然后再全部转变为功是不可能的。
