第3章　热力学第二定律

热力学第一定律指出了各种能量在传递和转化中的相互关系，但它却不能指出变化的方向和变化进行的程度。在指定的条件下，反应自发地（即不需要外界帮助，任其自然）朝哪个方向进行，反应能进行到什么程度为止等问题，热力学第一定律并不能做出解释。例如，热力学第一定律（热化学）告诉我们，在一定温度下，化学反应H2和O2变成H2O的过程的能量变化可用ΔU（或ΔH）来表示。但热力学第一定律不能告诉我们，什么条件下，H2和O2能自发地变成H2O或者H2O自发地变成H2和O2，以及反应能进行到什么程度。

在19世纪初，蒸汽机的使用在工业上起了很大的影响。蒸汽机的研究，对于热力学的发展起着十分重要的作用。在生产实践中，人们总是希望制造性能良好的热机，最大限度地提高热机的效率，即消耗最少量的燃料能得到最大的机械功，但当时不知道热机效率的提高是否有一个限度。1824年卡诺（Carnot）试图解决这一问题，并提出了著名的卡诺（Carnot）定理。他所得到的结论是对的，可是他在证明这个定理时却引用了错误的“热质论”。为了从理论上进一步阐明卡诺（Carnot）定理，需要建立一个新的理论。克劳修斯（Clausius）在1850年、开尔文（Kelvin）在1851年从这里得到启发而提出了热力学第二定律。热力学第二定律根据热功转化的规律，提出了具有普遍意义的熵函数。根据这个函数以及由此导出的其他热力学函数，解决了化学反应的方向性和限度问题。