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热力学第二定律是物理学中的基本定律之一，它描述了能量转换过程的方向性和效率限制。这个定律告诉我们，热量总是自发地从高温物体流向低温物体，而且任何热机都不可能将吸收的热量完全转化为有用功。
热力学第二定律有三种等价的表述形式。开尔文-普朗克表述指出，不可能从单一热源吸收热量并将其完全转化为功而不引起其他变化。克劳修斯表述说明热量不可能自发地从低温物体传递到高温物体。熵增原理则表明孤立系统的熵永不减少。
热机效率定义为输出功与吸收热量的比值。根据热力学第二定律，任何热机的效率都有上限，这个上限由卡诺效率给出，它只取决于高温和低温热源的温度。卡诺效率公式表明，温差越大，理论效率越高，但实际热机效率总是低于卡诺效率。
制冷机和热泵是热力学第二定律的重要应用。制冷机通过消耗电功，将热量从低温的冷藏室转移到高温的外部环境，实现制冷效果。热泵则相反，将环境中的热量转移到室内进行供暖。它们的效率用制冷系数来衡量，表示每消耗单位功所能转移的热量。
热力学第二定律在工程中有广泛应用，包括汽车发动机效率优化、发电厂热效率提升、空调制冷系统设计和工业余热回收等。这个定律揭示了能量转换的根本限制，指导我们理解为什么永动机不可能存在，以及如何在实际工程中最大化能源利用效率。熵增原理告诉我们，自然过程总是朝着无序度增加的方向进行。