Второй закон устанавливает направление течения и характер процессов, происходящих в природе.

Согласно Клаузиусу, давшему одну из формулировок второго закона, теплота не может сама собой переходить от менее нагретого тела к более нагретому. Это означает, что для такого перехода теплоты требуется затрата работы внешнего источника, что осуществляется в холодильной машине. Переход теплоты от более нагретого тела к менее нагретому происходит всегда, если только эти тела не разделены адиабатной перегородкой, препятствующей теплообмену между ними.

Физический смысл второго закона наиболее полно раскрывается в формулировке Планка: "Невозможен такой периодический процесс, единственным результатом которого было бы превращение теплоты в работу".

Работа в теплоту может преобразовываться полностью, а теплота в работу - нет. То есть процесс превращения Q₁ в A необратим, поскольку есть еще сопутствующий процесс Q₂.

Еще одна формулировка второго закона дана Кельвином:

"Невозможно построить тепловую машину, которая превращала бы в работу теплоту наиболее холодного из имеющихся в системе тел".

Такой машиной могла бы быть машина, превращающая в работу теплоту воды в океане. Объем воды в мировом океане превышает 1370 млн. км³, температура поверхностных слоев изменяется в зависимости от времени года и широты места от +32° до -1,9°С, но на глубине свыше 100 м температура воды изменяется мало и лежит в пределах от +5° до +1°С, в среднем около 3-4°. Если путем отнятия теплоты и превращения ее в работу удалось бы понизить температуру всей океанской воды только на 0,1°, то можно было бы приводить в движение все машины и станки на земном шаре в течение 1500 лет. Такая машина была бы эквивалентна вечному двигателю, поэтому ее называют вечным двигателем второго рода, в отличие от вечного двигателя первого рода, который должен создавать работу из ничего, без затраты какой-либо энергии. Еще в 1870 году Французская Академия наук отказалась от рассмотрения проектов вечных двигателей.

Вечный двигатель первого рода противоречит закону сохранения энергии, вечный двигатель второго рода не противоречит закону сохранения энергии, но он противоречит второму закону термодинамики, поэтому создание такой машины, как и создание вечного двигателя первого рода, также невозможно.

Тепловые и холодильные машины. Термический коэффициент полезного действия.

В тепловом двигателе рабочее тело совершает прямой цикл. Подобные циклы лежат в основе действия различных тепловых машин.

Прямые циклы совершают все тепловые машины, преобразующие энергию, получаемую в форме тепла, в механическую работу.

Принцип действия теплового двигателя приведен на рис. 16.2. Oт термостата с более высокой температурой Т₁, называемого нагревателем, за цикл отнимается количество теплоты Q₁, а термостату с более низкой температурой Т₂, называемому холодильником, за цикл передается количество теплоты Q₂, при этом совершается работа. Необходимость нагревателя вытекает из первого начала термодинамики, а необходимость холодильника - из второго начала. Запишем первое начало термодинамики для этих процессов:

Q₁ = А₁,      Q₂ = - А₂.

С учетом этого выражение (16.1) примет вид:

A_цикла = Q₁ -Q₂.    (16.3)