科學史

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物理學編年史

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克勞修斯提出熱力學第二定律

時間：公元

1850

年。

魯道夫·尤利烏斯·埃馬努埃爾·克勞修斯（

Rudolf Julius Emanuel Clausius

，

1822

年

1

月

2

日－

1888

年

8

月

24

日），德國物理學家和數學家，熱力學的主要奠基人之一。生於普魯士的克斯林（今波蘭科沙林），卒于波恩。

克勞修斯重新陳述了尼古拉·卡諾的定律（又被稱為卡諾迴圈），把熱理論推至一個更真實更健全的基礎。他最重要的論文於

1850

年發表，該論文是關於熱的力學理論的，其中首次明確指出熱力學第二定律的基本概念。他還於

1865

年引進了熵的概念。

克勞修斯主要從事分子物理、熱力學、蒸汽機理論、理論力學、數學等方面的研究，特別是在熱力學理論、氣體動理論方面建樹卓著。他是歷史上第一個精確表示熱力學定律的科學家。

1850

年與蘭金（

Zquorn Rankine

，

1820

～

1872

）各自獨立地表述了熱與機械功的普遍關係——熱力學第一定律，並且提出蒸汽機的理想的熱力學迴圈（蘭金－克勞修斯迴圈）。

1850

年克勞修斯發表《論熱的動力以及由此推出的關於熱學本身的諸定律》的論文。他從熱是運動的觀點對熱機的工作過程進行了新的研究。論文首先從焦耳確立的熱功當量出發，將熱力學過程遵守的能量守恆定律歸結為熱力學第一定律，指出在熱機作功的過程中一部分熱量被消耗了，另一部分熱量從熱物體傳到了冷物體。這兩部分熱量和所產生的功之間存在關係。論文的第二部分，在卡諾定理的基礎上研究了能量的轉換和傳遞方向問題，提出了熱力學第二定律的最著名的表述形式（克勞修斯表述）：熱不能自發地從較冷的物體傳到較熱的物體。因此克勞修斯是熱力學第二定律的兩個主要奠基人（另一個是開爾文）之一。

在發現熱力學第二定律的基礎上，人們期望找到一個物理量，以建立一個普適的判據來判斷自發過程的進行方向。克勞修斯首先找到了這樣的物理量。

1854

年他發表《力學的熱理論的第二定律的另一種形式》的論文，給出了可逆迴圈過程中熱力學第二定律的數學表示形式，而引入了一個新的後來定名為熵的態參量。

1865

年他發表《力學的熱理論的主要方程之便於應用的形式》的論文，把這一新的態參量正式定名為熵。並將上述積分推廣到更一般的迴圈過程，得出熱力學第二定律的數學表示形式：克勞修斯不等式。利用熵這個新函式，克勞修斯證明了任何孤立系統中，系統的熵的總和永遠不會減少，或者說自然界的自發過程是朝著熵增加的方向進行的。這就是“熵增加原理”，它是利用熵的概念所表述的熱力學第二定律。後來克勞修斯不恰當地把熱力學第二定律推廣到整個宇宙，提出所謂“熱寂說”。

作為熱力學理論的奠基人，克勞修斯一生的成就遠不止於此，他在許多方面都取得了令人矚目的研究成果，尤其在氣體分子運動論方面，人們也習慣性地把他和麥克斯韋、玻耳茲曼一起稱為分子運動論的奠基人。