1热温商与熵函数
)R
QR＝－W
1 Q Q T T T V nRT ln 2 V1 V Q W S nR ln 2 T T T V1
V2 P S nR ln( ) nR ln( 1 ) V1 P 2
§2.6 熵变的计算
(2)理想气体（或理想溶液）的等温混合过程，并 符合分体积定律，即 x B VB
dS A B
Q
T
0
任意一个不可逆过程，其热温商之和要小于体 系的熵变。 δQ 是实际过程的热效应，T是环境的温度。 若是不可逆过程，用“>”号，可逆过程用“=”号， 这时环境与体系温度相同。
§2.5
1. Clausius不等式
Clausius不等式与熵增加原理
这些都称为 Clausius 不等式，也叫做作为热 力学第二定律的数学表 达式。
（2）为不可逆过程。
例2：在273 K时，将一个22.4dm3 的盒子用隔板一分为二，一 边放 0.5 mol O2 (g) ，另一边放 0.5 mol N2 (g) 。求抽去隔 板后，两种气体混合过程的熵变？ 解法1： S (O 2 ) nR ln V2 0.5R ln 22.4 V1 12.2 22.4 S (N 2 ) 0.5 R ln 12.2 22.4 mix S S (O2 ) S ( N2 ) R ln R ln 2 5.76 J .K 1 12.2
B
某个状态函数的改变量。
Clausius就定义了这个函数为“熵”（entropy），用符 号“S”表示，单位为：J.K-1 。
Q SB SA S ( ) R A T
B
Qi S ( )R 0 Ti i
Q dS ( ) R T
或
Qi S ( )R Ti i
§2.6 熵变的计算
等温过程的熵变 变温过程的熵变
化学过程的熵变
环境的熵变
T～S 图及其应用（自学）
§2.6 熵变的计算
1.等温过程的熵变
(1)理想气体等温变化
Qi Q )R ( ) R 根据熵变的定义： S ( Ti T i
等温过程
S (
Δ U＝ 0
A Q Q ( ) I,A B ( ) R 0 B T T i B Q Q ( ) I,AB ( ) R 0 A T T i
Q A ( T )R SB SA
B
Q S B S A ( ) I,A B T i
§2.4 熵的概念
或
Q SAB ( )I,A B 0 T i
§2.5
Clausius不等式与熵增加原理
dS≥0
孤立体系：克劳修斯不等式为
dSiso 0
“> 0” 自发过程 “= 0” 平衡状态
熵增加原理可表述为：一个孤立体系的熵永不减少。 孤立体系，环境与体系间既无热交换，又无功交换， 所以隔离体系中一旦发生一个不可逆过程，则一定 是自发过程。
§2.5
过程的性质 （1）ΔSsys＝19.14 J.K-1
Ssur Qsur Qsys Wsys 19.14 J .K 1 T T T
§2.6 熵变的计算
(2) 向真空膨胀
S sur Qsur 0 0 T T
ΔSsys+ ΔSsur = 19.14 J.K-1 > 0
对微小变化
体系的熵变等于可逆过程的热温商之和。
§2.4 熵的概念
2. 不可逆过程的热温商及与体系的熵变ΔS
（1）不可逆循环过程的热温熵 设温度相同的两个高、低 温热源间有一个不可逆机。
Qh Qc Qc I 1 Qh Qh
Th Tc Tc R 1 Th Th
则：
§2.4 熵的概念
mix S R nB ln xB
B
V总
例1：1mol理想气体在等温下通过(1)可逆膨胀，(2)真空膨胀， 体积增加到10倍，分别求其熵变。并判断过程的性质. 解：（1）可逆膨胀 （2）真空膨胀
S nR ln(
nR ln10 19.14 J K 1
V2 ) V1
熵是状态函数，始终态相同，熵变也 相同，所以： S nR ln10 19.14 J K1 ΔSsys+ ΔSsur = 0 （1）为可逆过程。
根据卡诺定理：
则
I R
Qc Q h 0 Tc Th
推广为不可逆机与多个热源接触的任意不可逆循环 过程得：
Qi ( )I 0 i Ti
任意一个不可逆循环过程 的热温商之和小于零。
§2.4 熵的概念
（2） 不可逆过程的热温熵 设有一个循环， A B 为不可逆过程， BA 为可逆过程，整个循环为不可逆循环。 则有
§2.4 熵的概念
任意可逆循环的热温商之和为：
Q3 Q1 Q2 T1 + T2 + T3
i 1
n
+ T 4 Qi
Ti
Q4
=0
=
QR
Ti
=0
任意可逆循环过程的热温商之和等于零。
§2.4 熵的概念
(2). 可逆过程的热温商— 熵的引出 任意可逆循环是由两个部分构成 AB和BA两个可逆过程。
§2.6 熵变的计算
解法2：
mix S S (O2 ) S ( N2 ) nO2 R ln VO2 VN2 V1 nN2 R ln VN2 VO 2 V1
nO2 R ln xO2 nN2 R ln xN2
R nB ln xB
B
1 1 8.314[(0.5 ln ) 0.5 ln )] 2 2
§ 2.4 熵的概念 熵的概念 § 2.4
1.热温商与熵函数 （1）任意可逆(reversible)循环过程的热温商 卡诺循环过程的热温商
Qc Tc 1 1 Qh Th
Qc Qh 0 或： Tc Th
Qi
Ti
i 热源） （ ：热温商
§2.4 熵的概念
任意可逆循环过程的热温商
证明如下： (1)在如图所示的任意可逆循环 的曲线上取很靠近的PQ过程； (2)通过P，Q点分别作RS和TU两 条可逆绝热膨胀线； (3)在P，Q之间通过O点作等 温可逆膨胀线VW，使两个三 角形PVO和OWQ的面积相等， 这样使PQ过程与PVOWQ过 程所作的功相同。 （4）同理，对MN过程作 相同处理，使MXO’YN折 线所经过程作的功与MN 过程相同。VWYX就构成 了一个卡诺循环。
Clausius不等式与熵增加原理
有时把与体系密切相关的环境也包括在一起， 用来判断过程的自发性，即：
Siso S (体系） S (环境） 0
“>0” 自发过程
“=0” 可逆过程
§2.5
Clausius不等式与熵增加原理
说明： （1）用热力学第二定律表达式判断过程的方向，只 能判断可逆和不可逆； （2）体系的熵变△S只能通过可逆过程的热温商来 求； （3）用△S≥0判断过程是自发还是非自发，体系必 须是孤立体系。
8.314 1 ln 2 5.76 J .K 1
作业： 200页习题：2，201页，5。。
可逆过程
不可逆过程
Q S ( ) R 0 T i Q S ( )I 0 T i
将两式合并得 Clausius 不等式：
Q S ( ) 0 T i
Q 是实际过程的热效
应，T是环境温度。
> 0 表示不可逆 = 0 表示可逆 < 0 表示不可能 发生过程 方向和限度总判据式。
Qi )R 0 ( i Ti
§2.4 熵的概念
W ： P Q PVWQ
M N MXYN
ΔU：ΔUPQ＝ΔUPVWQ
Q： QPQ＝QPVWQ
QMN＝QMXYN PQ PVWQ
MN MXYN
§2.4 熵的概念
把任意可逆循环分成许多 首尾连接的小卡诺循环，前一 个循环的绝热可逆膨胀线就是 下一个循环的绝热可逆压缩线， 如图所示的虚线部分，这样两 个过程的功恰好抵消。 其结果是任意一个可逆循环可被一系列的曲折线来 代替，从而使众多小卡诺循环的总效应与任意可逆循环 的封闭曲线相当，所以任意可逆循环的热温商的加和等 于零，或它的环程积分等于零。
Q ( T )R 0
可分成两项的加和
A Q Q A ( T )R1 B ( T )R 2 0 B
B Q Q A ( T )R1 A ( T )R 2 0 B
§2.4 熵的概念
可逆过程的热温商与变化的途 B Q Q A ( T )R1 A ( T )R 2 径无关，所以它肯定是代表了
对于微小变化： 或
Q dS 0 T Q dS T
§2.5
2. 熵增加原理
Clausius不等式与熵增加原理
Q dS T 绝热体系， Q 0 gt;0 =0
不可逆过程 可逆过程
等号表示绝热可逆过程，不等号表示绝热不可逆 过程。熵增加原理可表述为：在绝热条件下，一切实 际过程过程都是向体系的熵值增加的方向进行。或者 说在绝热条件下，不可能发生熵减少的过程。
第2章热力学第二定律
课程名称《物理化学》2.1 自发变化过程的共同特征1、热力学自发过程热力学自发过程：不需要借助人为（非自然）外力就能够发生的过程；热力学非自发过程：必须借助人为（非自然）外力才能够发生的过程；（1）自发传热↓（2）自发混合（扩散）↓（3）自发化学反应298K 101kPa2H2(g) + O2(g) —————→ 2H2O(l)2、热力学可逆过程体系经过一过程，若体系与环境能同时复原，则称该过程为热力学可逆过程。
例：气体的可逆膨胀或可逆压缩例：1 mol理想气体，在273.2K下1：由202.6 kPa 等温恒外压膨胀到101.3 kPa ；W1 = －1136 J Q1 = 1136 J2：由202.6 kPa等温可逆膨胀到101.3 kPa ；W2 = －1574 J Q2 = 1574 J3：由101.3 kPa等温恒外压压缩到202.6 kPa ；W3 = 2272 J Q3 =－2272 J 4：由101.3 kPa等温可逆压缩到202.6 kPa；W4 = 1574 J Q4 =－1574 J求过程的△U、△H、W、Q。
解：理想气体等温过程：△U = △H = 0等温恒外压膨胀或压缩：W = －Q = －P外(V2—V1)等温可逆膨胀或压缩：W = －Q =－nRT ln(V 2/V 1)————————→结果：例：可逆传热过程例：在标准压强下，将1.80 kg 水从273 K ①用373 K 热源加热到373 K ；②可逆加热加热到373 K ，分析其可逆性。
已知：C pm = 75.8 JK -1 mol -1 解：加热过程：Q = n C pm (T 2－T 1)= 100×75.8×100 = 758 kJ体系降温复原：Q = n C pm (T 1－T 2)= －100×75.8×100 = －758 kJ可逆加热：准备从273 K 到373 K 的热源无穷多个，相临热源温度相差无穷小，让水依次在273 K 到373 K 热源上加热。
熵函数的简易推导法
,
炳 函 数 的 简 易 推 导 法
洪 祥 乐
摘
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热力 学第 二 定 律 的核 心
I ) 一~ 状态 ( l
)
时
,
若 进 行可 逆 过 程
,
则
ds 可
=
哀
T
,
若 进行 不 可 逆 过程
则
d s 不可 >
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1
联合 上 面 两式 得
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131
d s
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乙 Q
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,
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,
”
.
’
.
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…
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.
”
、
1 1
,
而
式 ( 1 ) 称 为 热力 学第 二 定律 的 效学表 达式 的始 末态 所
从状 态 ( I ) 一 , 状态 ( l
)
时
,
`
根 据 热力 学第 户 定律
:
.
尹
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:
=
乙 Qi
。
r
一
乙W i r
(
…… ( 6
)
,
式(
6
i 表 示不 可逆 ) 中的 注脚 r
热温商与熵
一、克劳修斯不等式：克劳修斯不等式说的是这个，先考虑一个热机H 和两个热源，假设两个热源1,2的温度分别是1T 和2T 并且有21T T ，然后热机H 从热源2吸热2Q ，从热源1吸热1Q （显然此处1Q 为负值），这时候这四个量满足： 02211≤+T Q T Q ……（1） 这个式子就是克劳修斯不等式最简单的形式，取等条件为当且仅当热机H 为可逆热机时。
当有不止两个热源的时候，（1）式可推广为：01≤∑=n i i i T Q ……（2） 熵变A →B 的定义式为：A B S S S-=∆ (3)对于可逆过程： S T Q∆=δ (4)对于不可逆过程：S T Q∆ δ (5)热力学第二定律的数学表达式为：T QS δ≥d 这里的温度T 只能理解为环境的温度。
对于不可逆过程的熵变，必须模拟一个过程使得A →B 为可逆过程，算此过程的热温商，因为熵是状态函数，熵变仅与状态的改变量有关，与途径无关。
本节的重点是说，不可逆过程的熵变不能用热温商计算。
这个结论的作用，请看两道题： 例 1mol 水在373K 和100kPa 向真空蒸发，变成373K 和100kPa 的水蒸气，求系统熵变1S ∆，环境熵变2S ∆，和孤立系统整体熵变S ∆，水的蒸发热为4046kJ/mol 。
解：首先看系统，即：1mol 水在373K 和100kPa →1mol 水蒸气373K 和100kPa ； 模拟一个等温等压可逆相变，那么熵变K J T H S /1091=∆=∆……（6）（TH ∆为热温商）；再看环境的熵变，即 TQ S r -=∆2……（7） 考察水蒸发的热力学能变化值：r Q W U +=∆ (8)显然0=W ，也就是说蒸发过程吸收的热量全部用于增加气体的热力学能，（8）式变为：r Q U =∆ (9))(PV H U ∆-∆=∆ (10)nRT PV =∆)( (11)联立（9）、（10）、（11）得到：K J TnRT H S /7.1002-=+∆-=∆......（12） K J S S S /3.821=∆+∆=∆ (13)（自发过程） 这道题的核心思想是什么呢？就是此过程中水吸热确实吸了r Q ，可用此值计算环境熵变，但是不能用此热量所确定的热温商计算系统的熵变，系统熵变要模拟一可逆过程才可求。
熵的定义
在统计力学中, 系统混乱度用一定宏观状态对应的微观 状态总数 Ω (亦称热力学概率)来表征, 并用下式来定义熵: 玻耳兹曼关系式 S = k ln Ω 熵的本质: 系统的微观状态数越多, 热力学概率越大, 系统越 混乱, 熵就越大. 动画“熵的统计意义”
6
熵的பைடு நூலகம்谈
• T.Clausius 于1854年提出熵(entropie)的概念, 我国物理学 家胡刚复教授于1923年根据热温商之意首次把entropie译 为“熵”. A.Einstein曾把熵理论在科学中的地位概述为“熵 理论对于整个科学来说是第一法则”. C.P.Snow在其“两种 文化与科学革命”一书中写道: “一位对热力学一无所知的 人文学者和一位对莎士比亚一无所知的科学家同样糟糕”. • 熵定律确立不久, J.C.Maxwell就对此提出一个有名的悖论, 试图证明一个隔离系统会自动由热平衡状态变为不平衡.
8
熵的物理意义
系统的状态函数熵是量度系统混乱度的函数. 隔离系统内的一切可能发生的变化均朝熵增大的方 向进行, 也就是朝系统混乱度增大的方向进行.
• 子弹撞击钢板的瞬间, 子弹 的有序运动能量转变为热量, 使温度升高, 即微观的无序 热运动增强. 此过程不可能 逆向发生. • 结构高度有序 • 高锰酸钾溶于水, 的晶体溶于水, 系统混乱度增加. 系统的混乱程 度大大增加了.
熵的定义
先证明任意可逆循环的热温商之和也为零. 整个折线循环的总热温商(等于各个小 卡诺循环的热温商相加)为零. 当折线取得 无限多时, 就无限趋近于曲线循环. 故
δQ R δQ R ∫ T =∑ T =0
2 p a
b 1 V • 任意可逆循环的分割
再将循环分成途径a(1→2)和b(2→1), 有
热力学熵函数的探讨
热力学熵函数的探讨热力学熵函数（thermodynamicentropyfunction）是一种用来描述物质的混乱程度的函数，它与物质的原子排列密切相关。
这种混乱程度的函数定义为：热力学熵S等于内能U与温度T的乘积，即S = UT。
热力学熵函数描述了物质系统中不可逆变化的总量，因此它也被称为“不可逆熵”。
二、热力学熵函数的形式和性质热力学熵函数有多种形式，其中最常用的是微分熵，也就是指热力学熵对温度表示为导数的形式，即S = U(dT/T)。
这种函数表示热力学熵的变化随着温度的变化而变化。
另外，热力学熵函数也可以表示为熵函数曲线，即热力学熵随着温度的变化而变化的曲线。
此外，热力学熵函数有三个重要的性质：第一，热力学熵是常数；第二，热力学熵函数可用来表示物质体系的混乱程度；第三，热力学熵函数可用来计算物质体系的热力学熵。
三、热力学熵函数的应用热力学熵函数在物理学和化学学科中有许多应用。
在化学领域，它可以用来表示物质的化学活动，以及物质的热反应和化学反应等热化学反应。
在物理学领域，它用来表示热力作用和自由能变化以及温度变化。
此外，热力学熵函数还可以用来计算物质体系的热量，以及物质开释或吸收热量的情况。
四、热力学熵函数与熵定律熵定律是物理学里最重要的定律之一，也是物质体系最基本的物理规律。
熵定律规定，任何系统的物理熵总是在逐步增大，直到达到最大的平衡状态，这种状态被称为熵的最大化状态。
与熵定律相关的概念就是热力学熵函数。
它可以被用来说明熵定律的作用，表明物质体系的熵增加是一个不可逆过程，并且物质体系的熵一直在增加，直到物质体系的总熵达到最大值，这就是熵的最大化。
五、结论热力学熵函数是一种用来描述物质的混乱程度的函数，它与物质的原子排列密切相关。
它可以用来表示物质体系的混乱程度，以及物质开释或吸收热量的情况，还可以计算物质体系的热量。
热力学熵函数与熵定律有着密切联系，它们联系着物质体系的熵是不可逆的，并且物质体系的总熵一直在增加，最终达到最大值。
熵
熵增加原理与熵判据
• 熵增加原理
（2-11a） （2-11b） 式（2-11）表明：在绝热可逆过程中熵值不变，在绝热不 可逆过程中熵值增加，这就是熵增加原理
• 熵判据
对于隔离系统发生的任何过程都是绝热的，因此，将 式（1-10）用于隔离系统则有 （1-12a） （1-12b）
式（1-12）表明：隔离系统内实际发生的任何过程都 是不可逆的，都是自发的、熵增加的过程。当系统的 熵增加至最大时，达到平衡状态，此即为熵判据。
对“熵”的简要介绍
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目录
•熵的起源 •熵与热力学第二定律 •熵增加原理与熵判据 •熵的物理意义
熵的起源
• 熵（Entropy）最初是根据热力学第二定律引出的一个反
映自发过程不可逆性的物质状态参量。 首次提出熵的概念，用来表示任 何一种能量在空间中分布的均匀 程度，能量分布的越均匀，熵就 越大。一个体系的能量完全均匀 分布时，这个系统的熵值就达到 最大值。Fra bibliotek(1-3)
• 可逆循环看作是无限个微小的卡诺循环之总和，可以推广
得到下式
(1-4)
• 对于不可逆循环，可用与处理可逆循环类似的方法得到
(1-5) 将式（1-4）、（1-5）合并得 (1-6) 式（1-6）称为克劳修斯不等式。
(1)
• 可逆过程的热温商及熵函数
根据图1. 2及式（1-3）得：
A (2)
• 可逆过程和不可逆过程：
可逆过程：在系统状态变化的过程中，如果逆过程能重 复正过程的每一状态，而不引起其他变化，这样的过程就叫 做可逆过程。 不可逆过程:在不引起其他变化的条件下，不能使逆过程 重复正过程的每一状态，或者虽能重复但必然会引起其他变 化，这样的过程叫做不可逆过程。
热力学第二定律2.4熵函数
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药学院物理化学教研室
第四节 熵(Entropy )函数表达式
循环1： 循环2：
δQ1 δQ2 0 T1 T2
δQ3 δQ4 0 T3 T4
p
等温线 绝热线
…… ……
Ⅱ Ⅲ
Ⅰ
δQr 0 总和： T 当划分无限小时，小循环的总和与整个循环重合：
V
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δQr 0 T
药学院物理化学教研室
请转下一节
p
制作：陈纪岳
Vபைடு நூலகம்
返回
第四节 熵(Entropy )函数表达式
δQr 0 T
T
按积分定律，状态函数的环积分为零，因此 δQr
是某一状态函数的全微分，定义这个函数为熵S 。
δQr dS T
δQr ΔS T
S是可逆过程热温熵的累积
S为容量性质，量纲为： JK-1
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δQr dS T
δQr dS T
第四节 熵函数表达式
p
制作：陈纪岳
V
第四节 熵(Entropy )函数表达式
Q1 Q2 T2 T1 由卡诺循环得： Q2 T2
Q1 T1 Q2 T2
Q1 Q2 0 T1 T2
经过一个循环过程，等温可逆膨胀的热温商与等温可逆压缩 的热温商大小相等，符号相反。 对于任意一个可逆循环， 可以划分成许多小的卡诺循环近似表示：
热力学物理-熵函数表达式(PPT)
δQi (∑ )i < 0 i =1 Ti
n
四、克劳修斯不等式
设有一个循环， → 为不可逆过程 过程， → 为 设有一个循环，A→B为不可逆过程， B→A为 可逆过程 整个循环为不可逆循环。 过程， 可逆过程，整个循环为不可逆循环。 则有
A
A δQ δQ (∑ )i + ( ∑ )r < 0 A T B T B
δQr dS = T
第五节 熵函数表达式
p
V
一、熵的引出
根据热力学第一定律和卡诺循环
dU = 0 − W = ( Q1 − Q2 )
－W Q2 + Q1 T2 - T1 h= = = Q2 Q2 T2
即
Q1 T1 =Q2 T2
Q1 Q2 + =0 T1 T2
Q 定义： 定义： T
热温商
结论：卡诺循环中 过程的热温商之和等于零。 结论：卡诺循环中，过程的热温商之和等于零。 循环
δQ )≥0 ∆S A → B − ( ∑ A T
B
四、克劳修斯不等式
δQ )≥0 ∆S A → B − ( ∑ A T
B
δQ 是实际过程的热效应，T是环境温度。若是不可逆过 是实际过程的热效应， 是环境温度。若是不可逆过 不可逆 可逆过程用 过程用“ 这时系统温度T与 程，用“>”号；可逆过程用“=”号，这时系统温度 与 环境相同。 环境相同。 一不可逆过程的热温商
三、不可逆过程的热温商
在不同温度的两热源之间，若有一不可逆热机， 在不同温度的两热源之间，若有一不可逆热机，则根 据卡诺定理可知， 据卡诺定理可知，不可逆热机效率ηi小于可逆热机效 率ηr ． ηi < ηr
－W Q2 + Q1 T2 − T1 ηi = = < = ηr Q2 Q2 T2
热力学中的熵与热力学函数
热力学中的熵与热力学函数热力学是研究能量转化和能量守恒规律的学科，而熵则是热力学的一个重要概念，用来描述系统的无序程度。
在热力学中，熵是一个基本的物理量，与系统的状态变化密切相关。
本文将探讨熵的概念及其在热力学函数中的应用。
一、熵的概念熵可以理解为系统无序程度的度量，也可以说是系统能量分布的均匀程度。
对于一个孤立系统，其熵是不断增加的，直到达到最大值。
熵的增加意味着系统的无序性增加，系统朝着更加平衡、混乱的状态发展。
熵作为一个状态函数，与系统状态有关，而与过程无关。
根据熵的定义，可以得到下面的熵变公式：ΔS = S_final - S_initial其中，ΔS表示熵的变化，S_final表示系统最终状态的熵，S_initial 表示系统初始状态的熵。
二、熵的计算熵的计算需要根据系统的状态方程和热力学过程的性质进行。
对于简单系统，如理想气体，熵可以通过以下公式进行计算：S = nRlnV - nRlnP + S0其中，S表示熵，n表示物质的摩尔数，R表示气体常数，V表示体积，P表示压力，ln表示自然对数，S0表示常数。
对于复杂系统，如非理想气体或者混合物，熵的计算则需要考虑更多的因素，如化学组成和相对摩尔数等。
这超出了本文的讨论范围。
三、热力学函数与熵的关系热力学函数是描述热力学系统性质的函数，如内能、焓、自由能和吉布斯函数等。
这些函数中，熵在其中起着重要的作用。
在热力学系统中，内能（U）、焓（H）、自由能（F）和吉布斯函数（G）都与熵有着密切的关系。
它们之间的关系由以下公式给出：U = H - PVF = U - TSG = H - TS其中，U表示内能，H表示焓，P表示压强，V表示体积，F表示自由能，T表示温度，S表示熵，G表示吉布斯函数。
熵在这些函数中的作用主要体现在温度和压强的变化过程中。
熵增加意味着系统的无序程度增加，这对应着一种能量向更平均分布的状态转变，也是系统朝着更稳定、更平衡的状态发展。
山东省高中化学奥林匹克竞赛夏令营讲义—物理化学(第二章)
第二章 热力学第二定律热力学第一定律指出,宏观体系发生的任何过程必须服从能量守恒原理,任何违背这一客观规律的过程都是不能发生的。
但不违背能量守恒原理的过程是否都能自动（即不需外界帮忙，任其自然）发生呢？回答是否定的。
例如，温度不同的两个物体相互接触，热可以自动地由高温物体传向低温物体，直至两物体温度相等，而其逆过程热由低温物体传向高温物体是不能自动发生的；又如，298Ｋ、ｐ压力下，有可能自动发生如下的化学反应 C （金刚石）+O ２（g ）→CO ２（ｇ）Δr Hm＝－393.5kJ.mol －１。
如果在该条件下，令环境供给393.5ｋJ 的热量，由CO ２（g ）分解为金刚石和O ２（g ）则是不能自动发生的。
尽管这些逆过程发生时，并不违背热力学第一定律。
究竟在不违背能量守恒原理的前提下， 什么过程可以发生,什么过程又不可以发生呢？ 热力学第一定律不能给予什么启示，即热力学第一定律只解决了能量守恒、转化以及转化过程中各种能量之间的相互当量关系，但它不能告诉人们过程进行的方向和限度。
是什么因素在决定着过程的方向和限度呢？似乎各类不同的过程有着不同的决定因素。
例如,决定热传导方向和限度的因素是温度Ｔ；决定气体流动方向及限度的因素是压力ｐ；决定水的流动方向和限度的因素是水位ｈ等等。
那么，决定化学变化方向和限度的因素又是什么呢？很有必要找出能判断一切过程方向和限度的共同因素。
因而对于决定变化过程方向和限度的共同因素的探讨，是热力学第二定律所要解决的基本任务——过程的“方向”和“限度”问题。
§2-1自发过程的共同特征 一、自发过程的方向性自发过程：在一定条件下，任其自然，不去管它，能够发生的过程。
（1）热传导：高温→低温，直达相等。
（2）气体的流动：高压→低压，直达相等。
（3）水的流动：高水位→低水位，直达相等。
（4）电能输送：高电位→低电位，直达相等。
可以看出：一切自发过程都具有方向性。