开尔文表述了怎样的科学原理?
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发布时间：2023-05-28 00:16
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时间：2024-12-03 12:33
开尔文表述：不可能从单一热源吸取热量，使之完全转变为有用功而不产生其它影响。这个表述透彻理解稍有难度。所谓单一热源，就是一个温度处处相等并且恒温的热库（热容量极大，不因吸放热而改变它的温度）。
换句话可以这么说，要使热变成功又不产生其它影响，那么（系统、即工作物质）一定要与两个或以上的热源交换热量，即从高温热源吸热，将其中的一部分变为功，另一部分仍以热的形式放出系统（至低温热源）。
任何的热机都是这样工作的，热机经历一个工作循环后系统和外界（两个或更多热源）总的看来，除了有热变功以外，没有其它任何变化。这就表明热机的效率（不是机械效率，而是热功转化效率）不可能是100%（即便没有摩擦没有因漏气等因素存在的散热）。
再换句话说，如果是100%（只吸热、不放热，吸的热全部变功），必然只涉及一个单一热源（假定有两个温度不同的热源与系统热交换，系统必然会从高温处吸热，低温处放热），从而与开表述矛盾。
要使热机能够循环工作，向低温热源放热是必不可少的，不可避免的，这是大量实践证明的，开尔文正是将热机工作中这一规律用更准确的更普遍（也更抽象）的语言表述出来，才得到了热二律的开尔文表述（表述中并未涉及热机的字样，说明这个表述不仅的适用于热机还适用于任意的宏观过程）。
开尔文表述还可以换成另一种表达：从单一热源吸取热量，使之完全转变为有用功，必定会产生其它影响。
例如理想气体等温膨胀，过程中气体仅从一个热源吸热，而没有放热，理想气体等温膨胀，内能不变，故吸热全部变功，然而过程中除了热功转化外，还发生了其他变化，（气体体积变大了，压强变小了）。
要使这个变化不发生，又要将热量全部变功（即效率100%），那就是不可能的。怎样才能让这个变化不发生呢？
系统必须经历一个循环过程（经过一个循环系统体积、压强又复原了），任何热机想要连续工作（而不是膨胀一下就停止，这样的“一锤子买卖”），必须经历循环过程，而循环过程系统不可避免要与两个或以上温度不同的热源交换热量（高温处吸热，低温处放热，一条等温线不可能构成循环）。
拓展知识：
热力学三大定律：
热力学第一定律是能量守恒定律。
2.热力学第二定律有几种表述方式:
克劳修斯表述为热量可以自发地从温度高的物体传递到温度低的物体，但不可能自发地从温度低的物体传递到温度高的物体;
开尔文-普朗克表述为不可能从单一热源吸取热量，并将这热量完全变为功，而不产生其他影响。以及熵增表述:孤立系统的熵永不减小。
3.热力学第三定律通常表述为绝对零度时，所有纯物质的完美晶体的熵值为零， 或者绝对零度(T=0K)不可达到。
