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熱力學第二定律是熱力學的基本定律之一，它有兩種表述方式，分別是由開爾文和克勞修斯提出的。
1824年，法國工程師卡諾（N.L.S.Carnot，1796－1823）在提出理想熱機理論時，第一次表達了熱力學第二定律的基本思想：在自然條件下，熱總是不可避免地從高溫熱源流向低溫熱源。
1851年，英國物理學家開爾文（L.Kelvin，1824－1907）在卡諾理論的基礎上，首次提出熱力學第一定律和第二定律的概念，其中第一定律即能量轉換與守恒定律。開爾文從熱功轉換的角度表述了第二定律：不可能從單一熱源吸取熱量使之完全轉變為功而不產生其他影響。也就是說：自然界中任何形式的能都可以變成熱，而熱卻不能在不產生其他影響的條件下完全變成其他形式的能。比如，蒸汽機等熱機可以連續不斷地將熱變為機械功，但一定伴有熱量的損失。
與開爾文幾乎同時，德國物理學家克勞修斯（R.J.E.Clausius，1822－1888）從熱量傳遞的方向性角度，提出了熱力學第二定律的另一種表述：熱量可以自發地從較熱物體傳遞至較冷物體，但不能自發地較冷物體傳遞至較熱物體。在自然條件下這個轉變過程是不可逆的，要使熱傳遞方向倒轉，只有靠消耗功來實現。
熱力學第二定律是關於在有限空間和時間內，一切和熱運動有關的物理、化學過程具有不可逆性的經驗總結。它對於人類改進蒸汽機、內燃機和開發利用能源具有重要的指導意義。
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