第六卷 能量的規律 第34章 熱力學第二定律
能量守恒和轉化定律就是熱力學第一定律，或者說熱力學第一定律是能量守恒和轉化定律在熱力學上的表現。它指明熱是物質運動的一種形式，物質係統從外界吸收的熱量等於這個能的增加量和它對外所作的功的總和。
也就是說想製造一種不消耗任何能量就能永遠作功的機器，即"第一種永動機"，是不可能的。
人們繼續研究熱機效率問題，試圖從單一熱源吸取能量去製作會永遠作功的機器，這種機器並不違背能量守恒定律，隻需將熱源降溫而利用其能量推動機器不斷運轉。
這種機器就是"第二類永動機"。然而這種機器屢遭失敗，不能成功，這就需要從理論上進一步探索。
前麵說過，卡諾已經接近發現了熱力學第一定律和熱力學第二定律，但他受熱質說的影響，不能把它們表述出來。
1850年，德國物理學家克勞胥斯在研究卡諾理論的基礎上，提出"一個自行動作的機器，不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體中去"。這就是熱力學第二定律的"克勞胥斯表述"。
1851年，英國物理學家威廉·湯姆生，即凱爾文勳爵也獨立地從卡諾的工作中發現了熱力學第二定律。
湯姆生，1824年生於英國貝爾發斯特城。父親是皇家學院的數學教授，治學勤奮，對子女要求也很嚴格，1832年被聘到母校格拉斯哥大學任教，全家也遷往該城。
當這位新來的教授開始上第一堂課時，同學們發現教室多了兩個漂亮的小男孩，也在津津有味地聽著，他們就是8歲的湯姆生和他10歲的哥哥。
湯姆生10歲時，和哥哥正式進格拉斯哥大學預科學習，這可能是當時最小的大學生。湯姆生天資聰明，學習勤奮，表現出傑出的才能。15歲，他獲得學校的物理學獎，第二年獲天文學獎。17歲時，他在劍橋大學的數學雜誌上發表了一篇論文，名震全校。
此後幾年中，湯姆生發表了一連串的研究論文，內容包括數學、熱力學和電學。
1846年，年僅22歲的湯姆生擊敗30多位教師候選人，獲得了格拉斯哥大學的教授職位。
1847年6月，焦耳在牛津大學舉行的學術會議上，闡明機械能可以定量地轉化為熱能，各種形式的能都可以相互轉化。
湯姆生出席了這次會議，他也是傳統的熱質說的擁護者，認為能量不可能轉化，準備反駁焦耳的觀點。當焦耳用實驗證明自己的觀點後，湯姆生逐漸明白焦耳學說裏包含的真理。
湯姆生改變初衷，不但不反駁，而且在會後和焦耳親切地交談起來，大有相見恨晚之意。
克勞塞在湯姆生傳記中寫道："說來也怪有趣的，就是湯姆生在年青時就碰到了兩個大名鼎鼎的實驗家：法拉第和焦耳，可是後來卻隻同其中之一的焦耳，成了最投機的同誌。"
當時，湯姆生正在電磁理論邊緣徘徊，和焦耳的一席交談，使他把注意力轉向了熱力學研究，從而在物理學的另一個領域大放光彩。
1848年，湯姆生創立了絕對溫標。這種溫標以-273℃作為0°，用於熱力學計算，故稱熱力學溫標。現在公認的絕對0°是-273.15℃。
因為威廉·湯姆生在1892年被封為凱爾文勳爵，所以他創立的溫標被稱為開氏溫標，簡稱K（因為凱爾文又譯為開耳芬）。
1815年，湯姆生提出了一條新的普通原理：不可從單一熱源吸取熱量，使之完全變成有用的功而不產生其他影響。這就是熱力學第二定律的凱爾文表述。
凱爾文表述揭示了熱運動的自然過程是不可逆的，製造第二種永動機也是不可能的。
1852年，湯姆生和焦耳合作，發現了著名的湯姆生--焦耳效應：氣體從高氣壓的空間經過多孔性物質流向低氣壓空間時，溫度要降低，但氫氣除外。
這個效應被廣泛地用於獲得低溫的技術上。
1853年，湯姆生對能量守恒和轉化定律做了完整的表述。
湯姆生還把熱力學第一定律和熱力學第二定律具體應用到熱學、電學和彈性現象等方麵，對熱力學的發展起了很大作用。
熱力學第二定律後來被歸納為三種表述形式：
1.熱量總是從高溫物體自動傳到低溫物體，不能作相反傳遞而不帶來其他變化。
2.功可以全部轉化為熱，但任何熱機不能全部地、連續不斷地把所受的熱量轉變為功，人們無法製造第二種永動機。
3.在孤立係統中，實際發生的過程總是使整個係統的熵值增加，所以熱力學第二定律又稱"熵增加原理"。