热力学第一定律发布后，确实打消了大多数人对永动机的奢望。 不过，有科学家指出，虽然能量守恒，但宇宙毕竟浩瀚，地球毕竟浩瀚，给我们留下了很大的能量空间。 。 如果能够设计出一种装置，从海洋、大气甚至宇宙中吸收热能，并将这种热能转化为动力来驱动机械，那岂不是违反了能量守恒定律，获得了无穷无尽的能量？
这种机器称为第二类永动机，而此前所有违反热力学第一定律的机器都称为第一类永动机。
例如，有人认为，既然海洋如此广阔，我们可以利用海洋的热能，通过巧妙的设计，让热海水进入机器，排出冷水。 难道它里面的热能不能用来为我们做功吗？ 如下所示：
这个想法很完美！
我们周围有大量的空气，不是也蕴含着巨大的能量吗？ 按照这个原理，如果空调反向开启，岂不是源源不断的供应能量？
你可能会说：“没必要学什么定律、什么理论第二类永动机，以我多年的生活经验，我知道，不插电源是不可能让空调自行开启的！”
是的，我们都已经习惯了。 热量从热的地方传递到冷的地方，从而使物质的温度更加均匀。 要逆转热量的流动，就必须依靠空调和冰箱。 但谁见过空调、冰箱不插电就能工作呢？
在制作空调之前，
首先你需要了解热力学第二定律
确实，空调的原理来自于卡诺对热机的研究。 卡诺的初衷不是建造空调和冰箱，而是为了提高热机的效率，即如何从高温热源中提取热量并在外部做功。
卡诺用尽智慧后发现，为了在高温TH下提取热量QH做功W，还必须将一部分热量QC转移到低温TC。 我们只能得到输出功W=QH-QC，而不能得到全部QH。 又由于QH和QC分别与TH和TC成正比，所以热机效率k=W/QH=TH-TC/TH，肯定小于1。
结果，卡诺终于被宇宙的终极奥秘所感动，总结出卡诺原理：准静态卡诺循环和可逆卡诺循环的效率只取决于两个热源的温度，而无论怎样工作实质是，它们的效率是一样的。 以这种方式运行的卡诺热机是利用这两个温度的最有效的热机。
如果您看不懂以上内容也没关系。 简单地说，我们不能利用所有的热量来将热机的效率提高到100%。 反之，要将热量从冷的地方输送到热的地方，就必须“付出”，即消耗额外的能量。 如下图所示，这就是空调、冰箱的原理，即把热量从低温区域（室内）转移到室外的“逆热机”。 为了将热量QH转移到高温区域，必须输入电源W（插入）。 （户外的）。
卡诺原理可视为热力学第二定律的原型。 要知道卡诺在1824年就提出了卡诺原理，这比热力学第一定律早了很多年。 遗憾的是卡诺英年早逝。 直到1850年，克劳修斯才在卡诺的基础上提出了相对完整的热第二定律的表达式：
如果没有与之相关的其他变化，热量就无法从较冷的物体传递到较热的物体。
随后，开尔文也做出了表态：不可能创造出一种循环热机，从单一热源获取热量，并将其完全转化为功，而不引起其他变化。
这种说法相当于：第二种永动机是不可能实现的。
能量的“运输”总是充满“坎坷”
原来，我们生活在一个充满“摩擦”和“坎坷”的世界。 每当你想将能量从这里转移到那里时，就必须消耗一些能量。 例如，当我们驾驶汽车时，一部分汽油需要通过地面与车轮的摩擦来消耗。
而当我们打开发动机，仔细研究里面的机械时，我们会发现，虽然有很多油润滑，但还是有很多地方有凹凸和摩擦。 当它开始运转时，你会发现这台发动机不仅加热了燃气，还加热了气缸。 当废气排出时，工程师真想对着废气大喊：“站住！留下路钱！” 让这些高温气体保留热量，自动冷却下来，虽然这只是一个飘渺的幻想。
因此，汽油机的机械效率只有25-50%，这意味着我们一半以上的油钱都被浪费了。
事实上，影响机械效率的因素不止两个，比如气体的不完全燃烧。 当然，现实中的气体并不是理想气体。 分子之间存在微小的范德华力。 这些微小的吸附力使气体难以充分混合。 有时，气体需要“排队”才能发生化学反应，因此它们无法完全燃烧。 因此，我们的汽车尾气中总会含有一氧化碳、一氧化氮等有毒物质，因此我们的发动机总会出现积碳的情况。
说起化学反应，有人会说：“大机械太笨重了，我喜欢化学的柔美。构建一个化学可逆反应，比如氢燃料电池，先把水电解成氢气和氧气，然后让电池中有氢气。” 燃烧”，氢燃料电池贡献的能量不正好等于电解水的能耗吗？”
理论上看起来很美好，但是这位同学忘记了“活化能”的概念。 当氢气和氧气混合在一起时，它们在常温下不会燃烧。 明火、火花等必须为其提供活化能才能发生剧烈的化学反应。
更何况，各种电池都无法避免热量损失，而氢燃料电池的能量转化率最多只能达到80%。
说到电力，这似乎是传输能量的最佳方式。 但传输电力的介质也会有阻力，这就是电流遇到的“摩擦”。
当然，现在人类已经发现了“超导体”，但那是另一回事了。
这时，另一位朋友有话说：“我可以找到一个没有‘摩擦’的地方，那就是空间。”
是的，太空比任何人造真空都“更空”。 这也是验证“牛顿第一定律”的最佳地方：如果没有摩擦力，物体将保持原来的运行状态。 然而我们知道，有温度的物体会自发产生热辐射。 如果宇航员不小心坠入太空，经过足够长的时间，他的肉身就会被彻底辐射，化为虚无粒子。
这就是热力学第二定律告诉我们的：热这个可恶的东西总是想变得更加均匀。
当热的物体与冷的物体接触时，它们会变成中间温度，这就是热传递； 当热流体和冷流体放在一起时，它们会相互流动，这就是热对流； 即使两种流体连接在一起，相距数光年的不同温度的物体仍然会跨越时空，希望通过热辐射达到热平衡。
1865年，克劳修斯进一步提出“熵”的概念，可以理解为系统的无序程度。 根据热力学第二定律第二类永动机，封闭系统的熵总是增加，直到达到热平衡状态。 此时系统的熵达到最高，完全失去做功的能力。
我们可以把宇宙想象成一个封闭的系统，因此我们可以推断宇宙最终会达到热力学平衡，这就是所谓的“热寂”。 此时的宇宙是最无序的，所有的生命都不复存在。 这是宇宙的最终结局。
试图挑战热力学第二定律？
历史告诉你：不可能！
热力学第一、第二定律的出现，似乎宣告了各种永动机的死刑，但麦克斯韦大神有话要说：热力学第二定律真的成立吗？
于是他构建了这个思想实验：
一个小妖精控制着两个毒气室之间的一扇小门。 我们知道，气体分子的速度遵循玻尔兹曼分布，有的快，有的慢。 这个小妖精允许快的气体分子进入左侧，慢的分子进入右侧。 这样一来，系统的熵不就减少了吗？ 两侧不是有温差吗？ 难道不能利用这个温差来做功吗？
这种小妖精因此被称为“麦克斯韦妖精”，位列物理学四神兽之列。
其实你想一想，你就知道麦大师错在哪里了。 这个小妖精不是“活雷锋”。 如此勤奋的运转，也需要消耗大量的能量。 例如，它需要观察每个分子的速度并不断地打开和关闭门。 如果是碳基生命，可能还需要吃饭、排便，那么这个能量从哪里来呢？
所以，对于麦逍遥来说，你不能仅仅把左右气室当作一个孤立的系统，而是要把麦逍遥和气室放在一个大系统中。 这时，你会惊讶地发现整个系统仍然遵守热力学第二定律。 。
与麦克斯韦妖类似，大约一个世纪后，聪明的费曼设计了一个“费曼棘轮”，如下图，可以在《费曼物理讲座》第一卷第46章中找到。
右边的盒子里有一个带有叶片的旋转轴。 当气体分子撞击叶片时，叶片就会旋转。 该旋转轴连接到左侧箱体上的棘轮。 轮上装有棘爪，使棘轮只能向一侧旋转。 这样，即使两侧温度相同（T1=T2），这个装置仍然可以在外面进行工作。 换句话说，费曼的装置实际上是利用气体碰撞的波动来进行工作的。 很多人错误地认为这里的能量来自布朗运动，所以这也被称为“布朗棘轮”。
我刚才不是说热尔是宇宙的终极法则吗？ “费曼棘轮”真的反驳了热力学第二定律吗？
显然不可能，那么“费曼棘轮”有什么问题呢？
费曼本人在《费曼物理讲座》中给出了答案：左边盒子的棘轮和右边盒子的刀片都处于温度T，因此它们也有布朗运动（热波动）。 由于这种波动，棘爪会时不时地抬起，从而无法控制棘轮的转向。 棘轮前后转动，自然无法进行有效的工作。
虽然麦克斯韦对小怪物犯了一个错误，但《麦克斯韦的小怪物》却是最伟大的思想实验之一。 科学界对此问题进行了深刻反思，人类对世界的认识又向前迈进了一大步。
例如，香农借鉴热力学的概念，将消除冗余后的平均信息量称为“信息熵”，并给出了计算信息熵的数学表达式。 香农因此被誉为“信息论之父”。
俄罗斯裔比利时物理学家普里高津提出了“最小熵产生定理”，并在此基础上提出了“耗散结构”理论。 事实证明，热力学并没有简单粗暴地禁止有序结构的自发生成。 当系统与外界发生物质和能量的交换时，伴随着系统熵的产生（耗散），就可以产生更加有序的结构。 这种有序结构就是“自组织”。 这种“耗散结构”理论后来甚至被用来解释生命和社会现象。
普里高津还获得了1977年诺贝尔化学奖。
总之，热力学第二定律自诞生以来，就被各种实验和现象证明是宇宙最普遍的物理定律。 爱丁顿曾对此给予高度评价：“热力学第二定律是一切自然的最高定律……如果你发现你的理论违反了热力学第二定律，我敢说你没有希望，你的理论也只会丢脸了，垮台了！”