事實(shí)說明，自然界中自動發(fā)生的熱力學(xué)過程都具有方向性，通過實(shí)踐人們總結(jié)出了表達(dá)熱力學(xué)自動過程進(jìn)行方向的熱力學(xué)第二定律。熱力學(xué)第二定律的表述可以有多種方式，但其中最有代表性的是開爾文表述和克勞修斯表述兩種。

1．開爾文表述

開爾文表述：不可能從單一熱源吸熱使之完全變?yōu)橛杏霉Χ划a(chǎn)生任何其他影響。這里的“其他影響”是指系統(tǒng)將所吸收的熱轉(zhuǎn)變?yōu)楣σ酝獾娜魏纹渌兓?，這是很強(qiáng)的限制條件。例如，氣體等溫膨脹推動活塞無摩擦地移動可以使吸收的熱量完全變?yōu)橛杏霉?，但是它自身的體積發(fā)生了變化，從而產(chǎn)生了其他影響。

能從單一熱源吸熱并使之全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣Χ灰鹌渌兓臒釞C(jī)（即效率為100%的熱機(jī)）稱為第二類永動機(jī)。盡管這類熱機(jī)不違背熱力學(xué)第一定律（因?yàn)樗鼘ν庾龅墓κ怯晌盏臒崃哭D(zhuǎn)變而來的），但卻違背了熱力學(xué)第二定律，是不可能制造的。所以開爾文表述有時也歸納為“第二類永動機(jī)是不可能制造的”。

2．克勞修斯表述

克勞修斯表述：熱量不可能自動從低溫?zé)嵩磦鞯礁邷責(zé)嵩炊划a(chǎn)生其他任何影響。

制冷循環(huán)（逆循環(huán)）從低溫?zé)嵩次鼰醾鞯礁邷責(zé)嵩矗谶@一熱量傳輸過程中必須有外界做功（產(chǎn)生了其他影響），否則這一傳輸過程是不可能實(shí)現(xiàn)的。

熱力學(xué)第二定律的兩種表述看起來毫不相干，但它們的實(shí)質(zhì)則是一致的、相互等價的，它們包含了同一本質(zhì)內(nèi)容：自然界一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際過程都是不可逆過程。

為了說明開爾文表述和克勞修斯表述的等效性，可以作如下的證明：①違背克勞修斯表述的，也必定違背開爾文表述；②違背開爾文表述的，也必定違背克勞修斯表述。

設(shè)有一臺工作在高溫?zé)嵩碩1與低溫?zé)嵩碩2之間的卡諾熱機(jī)，在一次循環(huán)過程中，從高溫?zé)嵩次鼰酫1，向低溫?zé)嵩捶艧酫2，同時對外做功A＝Q1－Q2，如圖11－4－1（a）所示。

圖11－4－1 開爾文表述和克勞修斯表述的等效性

假定克勞修斯表述不成立，則可以將熱量Q2自動地從低溫?zé)嵩磦飨蚋邷責(zé)嵩?，而不產(chǎn)生其他影響。那么在一次循環(huán)結(jié)束時，上述兩個過程綜合起來的唯一效果將是從高溫?zé)嵩捶懦龅臒崃縌1－Q2全部變成了對外做功A，導(dǎo)致了開爾文表述的不成立。

設(shè)有一臺工作在高溫?zé)嵩碩1與低溫?zé)嵩碩2之間的卡諾制冷機(jī)，在一次循環(huán)過程中，外界對其做功A使Q2的熱量從低溫?zé)嵩捶懦?，而高溫?zé)嵩次盏臒崃繛镼1＝Q2＋A，如圖11－4－1（b）所示。假定開爾文表述不成立，則可以在不產(chǎn)生其他影響的情況下將從高溫?zé)嵩捶懦龅臒崃縌全部轉(zhuǎn)變?yōu)閷ν庾龉，那么在一次循環(huán)結(jié)束時，上述兩個過程綜合起來的唯一效果將是從低溫?zé)嵩捶懦龅臒崃縌2自動傳給了高溫?zé)嵩?，而不產(chǎn)生其他影響，導(dǎo)致克勞修斯表述也不成立。