熱力學第一定律發布后，確實打消了大多數人對永動機的奢望。 不過，有科學家指出，雖然能量守恒，但宇宙畢竟浩瀚，地球畢竟浩瀚，給我們留下了很大的能量空間。 。 如果能夠設計出一種裝置，從海洋、大氣甚至宇宙中吸收熱能，并將這種熱能轉化為動力來驅動機械，那豈不是違反了能量守恒定律，獲得了無窮無盡的能量？
這種機器稱為第二類永動機，而此前所有違反熱力學第一定律的機器都稱為第一類永動機。
例如，有人認為，既然海洋如此廣闊，我們可以利用海洋的熱能，通過巧妙的設計，讓熱海水進入機器，排出冷水。 難道它里面的熱能不能用來為我們做功嗎？ 如下所示：
這個想法很完美！
我們周圍有大量的空氣，不是也蘊含著巨大的能量嗎？ 按照這個原理，如果空調反向開啟，豈不是源源不斷的供應能量？
你可能會說：“沒必要學什么定律、什么理論第二類永動機，以我多年的生活經驗，我知道，不插電源是不可能讓空調自行開啟的！”
是的，我們都已經習慣了。 熱量從熱的地方傳遞到冷的地方，從而使物質的溫度更加均勻。 要逆轉熱量的流動，就必須依靠空調和冰箱。 但誰見過空調、冰箱不插電就能工作呢？
在制作空調之前，
首先你需要了解熱力學第二定律
確實，空調的原理來自于卡諾對熱機的研究。 卡諾的初衷不是建造空調和冰箱，而是為了提高熱機的效率，即如何從高溫熱源中提取熱量并在外部做功。
卡諾用盡智慧后發現，為了在高溫TH下提取熱量QH做功W，還必須將一部分熱量QC轉移到低溫TC。 我們只能得到輸出功W=QH-QC，而不能得到全部QH。 又由于QH和QC分別與TH和TC成正比，所以熱機效率k=W/QH=TH-TC/TH，肯定小于1。
結果，卡諾終于被宇宙的終極奧秘所感動，總結出卡諾原理：準靜態卡諾循環和可逆卡諾循環的效率只取決于兩個熱源的溫度，而無論怎樣工作實質是，它們的效率是一樣的。 以這種方式運行的卡諾熱機是利用這兩個溫度的最有效的熱機。
如果您看不懂以上內容也沒關系。 簡單地說，我們不能利用所有的熱量來將熱機的效率提高到100%。 反之，要將熱量從冷的地方輸送到熱的地方，就必須“付出”，即消耗額外的能量。 如下圖所示，這就是空調、冰箱的原理，即把熱量從低溫區域（室內）轉移到室外的“逆熱機”。 為了將熱量QH轉移到高溫區域，必須輸入電源W（插入）。 （戶外的）。
卡諾原理可視為熱力學第二定律的原型。 要知道卡諾在1824年就提出了卡諾原理，這比熱力學第一定律早了很多年。 遺憾的是卡諾英年早逝。 直到1850年，克勞修斯才在卡諾的基礎上提出了相對完整的熱第二定律的表達式：
如果沒有與之相關的其他變化，熱量就無法從較冷的物體傳遞到較熱的物體。
隨后，開爾文也做出了表態：不可能創造出一種循環熱機，從單一熱源獲取熱量，并將其完全轉化為功，而不引起其他變化。
這種說法相當于：第二種永動機是不可能實現的。
能量的“運輸”總是充滿“坎坷”
原來，我們生活在一個充滿“摩擦”和“坎坷”的世界。 每當你想將能量從這里轉移到那里時，就必須消耗一些能量。 例如，當我們駕駛汽車時，一部分汽油需要通過地面與車輪的摩擦來消耗。
而當我們打開發動機，仔細研究里面的機械時，我們會發現，雖然有很多油潤滑，但還是有很多地方有凹凸和摩擦。 當它開始運轉時，你會發現這臺發動機不僅加熱了燃氣，還加熱了氣缸。 當廢氣排出時，工程師真想對著廢氣大喊：“站住！留下路錢！” 讓這些高溫氣體保留熱量，自動冷卻下來，雖然這只是一個飄渺的幻想。
因此，汽油機的機械效率只有25-50%，這意味著我們一半以上的油錢都被浪費了。
事實上，影響機械效率的因素不止兩個，比如氣體的不完全燃燒。 當然，現實中的氣體并不是理想氣體。 分子之間存在微小的范德華力。 這些微小的吸附力使氣體難以充分混合。 有時，氣體需要“排隊”才能發生化學反應，因此它們無法完全燃燒。 因此，我們的汽車尾氣中總會含有一氧化碳、一氧化氮等有毒物質，因此我們的發動機總會出現積碳的情況。
說起化學反應，有人會說：“大機械太笨重了，我喜歡化學的柔美。構建一個化學可逆反應，比如氫燃料電池，先把水電解成氫氣和氧氣，然后讓電池中有氫氣。” 燃燒”，氫燃料電池貢獻的能量不正好等于電解水的能耗嗎？”
理論上看起來很美好，但是這位同學忘記了“活化能”的概念。 當氫氣和氧氣混合在一起時，它們在常溫下不會燃燒。 明火、火花等必須為其提供活化能才能發生劇烈的化學反應。
更何況，各種電池都無法避免熱量損失，而氫燃料電池的能量轉化率最多只能達到80%。
說到電力，這似乎是傳輸能量的最佳方式。 但傳輸電力的介質也會有阻力，這就是電流遇到的“摩擦”。
當然，現在人類已經發現了“超導體”，但那是另一回事了。
這時，另一位朋友有話說：“我可以找到一個沒有‘摩擦’的地方，那就是空間。”
是的，太空比任何人造真空都“更空”。 這也是驗證“牛頓第一定律”的最佳地方：如果沒有摩擦力，物體將保持原來的運行狀態。 然而我們知道，有溫度的物體會自發產生熱輻射。 如果宇航員不小心墜入太空，經過足夠長的時間，他的肉身就會被徹底輻射，化為虛無粒子。
這就是熱力學第二定律告訴我們的：熱這個可惡的東西總是想變得更加均勻。
當熱的物體與冷的物體接觸時，它們會變成中間溫度，這就是熱傳遞； 當熱流體和冷流體放在一起時，它們會相互流動，這就是熱對流； 即使兩種流體連接在一起，相距數光年的不同溫度的物體仍然會跨越時空，希望通過熱輻射達到熱平衡。
1865年，克勞修斯進一步提出“熵”的概念，可以理解為系統的無序程度。 根據熱力學第二定律第二類永動機，封閉系統的熵總是增加，直到達到熱平衡狀態。 此時系統的熵達到最高，完全失去做功的能力。
我們可以把宇宙想象成一個封閉的系統，因此我們可以推斷宇宙最終會達到熱力學平衡，這就是所謂的“熱寂”。 此時的宇宙是最無序的，所有的生命都不復存在。 這是宇宙的最終結局。
試圖挑戰熱力學第二定律？
歷史告訴你：不可能！
熱力學第一、第二定律的出現，似乎宣告了各種永動機的死刑，但麥克斯韋大神有話要說：熱力學第二定律真的成立嗎？
于是他構建了這個思想實驗：
一個小妖精控制著兩個毒氣室之間的一扇小門。 我們知道，氣體分子的速度遵循玻爾茲曼分布，有的快，有的慢。 這個小妖精允許快的氣體分子進入左側，慢的分子進入右側。 這樣一來，系統的熵不就減少了嗎？ 兩側不是有溫差嗎？ 難道不能利用這個溫差來做功嗎？
這種小妖精因此被稱為“麥克斯韋妖精”，位列物理學四神獸之列。
其實你想一想，你就知道麥大師錯在哪里了。 這個小妖精不是“活雷鋒”。 如此勤奮的運轉，也需要消耗大量的能量。 例如，它需要觀察每個分子的速度并不斷地打開和關閉門。 如果是碳基生命，可能還需要吃飯、排便，那么這個能量從哪里來呢？
所以，對于麥逍遙來說，你不能僅僅把左右氣室當作一個孤立的系統，而是要把麥逍遙和氣室放在一個大系統中。 這時，你會驚訝地發現整個系統仍然遵守熱力學第二定律。 。
與麥克斯韋妖類似，大約一個世紀后，聰明的費曼設計了一個“費曼棘輪”，如下圖，可以在《費曼物理講座》第一卷第46章中找到。
右邊的盒子里有一個帶有葉片的旋轉軸。 當氣體分子撞擊葉片時，葉片就會旋轉。 該旋轉軸連接到左側箱體上的棘輪。 輪上裝有棘爪，使棘輪只能向一側旋轉。 這樣，即使兩側溫度相同（T1=T2），這個裝置仍然可以在外面進行工作。 換句話說，費曼的裝置實際上是利用氣體碰撞的波動來進行工作的。 很多人錯誤地認為這里的能量來自布朗運動，所以這也被稱為“布朗棘輪”。
我剛才不是說熱爾是宇宙的終極法則嗎？ “費曼棘輪”真的反駁了熱力學第二定律嗎？
顯然不可能，那么“費曼棘輪”有什么問題呢？
費曼本人在《費曼物理講座》中給出了答案：左邊盒子的棘輪和右邊盒子的刀片都處于溫度T，因此它們也有布朗運動（熱波動）。 由于這種波動，棘爪會時不時地抬起，從而無法控制棘輪的轉向。 棘輪前后轉動，自然無法進行有效的工作。
雖然麥克斯韋對小怪物犯了一個錯誤，但《麥克斯韋的小怪物》卻是最偉大的思想實驗之一。 科學界對此問題進行了深刻反思，人類對世界的認識又向前邁進了一大步。
例如，香農借鑒熱力學的概念，將消除冗余后的平均信息量稱為“信息熵”，并給出了計算信息熵的數學表達式。 香農因此被譽為“信息論之父”。
俄羅斯裔比利時物理學家普里高津提出了“最小熵產生定理”，并在此基礎上提出了“耗散結構”理論。 事實證明，熱力學并沒有簡單粗暴地禁止有序結構的自發生成。 當系統與外界發生物質和能量的交換時，伴隨著系統熵的產生（耗散），就可以產生更加有序的結構。 這種有序結構就是“自組織”。 這種“耗散結構”理論后來甚至被用來解釋生命和社會現象。
普里高津還獲得了1977年諾貝爾化學獎。
總之，熱力學第二定律自誕生以來，就被各種實驗和現象證明是宇宙最普遍的物理定律。 愛丁頓曾對此給予高度評價：“熱力學第二定律是一切自然的最高定律……如果你發現你的理論違反了熱力學第二定律，我敢說你沒有希望，你的理論也只會丟臉了，垮臺了！”