师：同学们，现在我们学习高二物理选择必修三第三单元第三节热力学第二定律。先请大家观看一段视频，思考它是否符合生活现象，这是不是水凝固成冰的视频呢？不是，如果是，冰面应该是水平的。那这个视频是怎么实现的呢？其实是录制冰融化成水的过程，然后倒放。
冰融化成水是常见现象，可用热力学第零定律解释。通过热传递改变内能，周围物体包括空气的热量传递给冰，使冰温度升高，达到熔点后融化成水。若把此过程倒转，并不违反热力学第一定律，即融化的水把热量传递给周围物体，自身温度降低又结成冰。这一过程不违反热力学第一定律或能量守恒，但生活中却从未见过，因为自然界的过程并非由一条规律决定。
接下来学习自然界存在的方向性。热传递过程有方向，热量只会自发地从高温物体传到低温物体。就像刚才的实验，周围物体温度高，冰温度低，所以周围物体把热量传给冰，而冰不会向周围释放热量使自身温度更低。那生活中有没有热量从低温向高温传递，使低温物体温度更低的例子呢？有，比如冰箱。现在我们观看一下冰箱的工作过程。
冰箱制冷原理和上期讲的空调制冷原理类似，也是一个往复的循环过程。其主要组成部件有压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器等。工作原理是压缩机使挥发性液体（通常是R12、氟利昂，这是2010年前常用的制冷剂）循环。从冰箱冷藏室说起，冷藏室靠近蒸发器，制冷剂在蒸发器以气态形式被压缩机吸入，压缩成高温高压蒸汽，经排气管导入冷凝器（冰箱背部红色弯管系统就是冷凝器）。此时冷凝器里的制冷剂变热，热量散发到外界空气中，所以冰箱制冷时背部会发烫，因为冷凝管道系统通常安装在背部。
制冷剂流入冷凝器末端管路后，部分蒸汽冷凝，变成中温液体。这些液体随后进入膨胀阀聚集。膨胀阀输入管压强大，输出管压强小，液体流经膨胀阀时压力突然下降，部分蒸发冷却。冷却后的液体由膨胀阀进入毛细管，在毛细管里节流降压，进入蒸发器汽化。
蒸发器可称作热交换器，制冷剂液体吸收外界热量汽化为饱和蒸汽，实现冰箱内降温。冰箱内部利用蒸发器风扇产生智能气流循环，维持不同温区，使冰箱分为强冻区和保鲜区，达到所需制冷效果。之后由于压力降低，制冷剂在蒸发器里沸腾，蒸发器中部管路是气液混合状态，到末端管路，因温度和压力进一步降低，制冷剂完全变成气态，被压缩机抽取进入下一个制冷循环。
冰箱冷藏室温度比房间低，若把冰箱设定温度再调低，冰箱会把冷藏室热量抽出释放到房间，使冷藏温度更低。但这一过程不是自发的，要付出代价，即消耗电能，电流做功。类似的还有空调制冷原理，从热量传递角度看，热量从低温物体向高温物体传递需外界做功，冰箱就是电流做功。
若切断冰箱电源，经过较长时间，房间和冰箱哪个温度高？热量会自发地从高温物体传递到低温物体，即从房间向冰箱内部传递，直至两者温度相等，最终冰箱外温度和房间大气温度一样。热量从高温物体到低温物体可自发进行，但从低温到高温需付出代价。1850年，德国物理学家克劳修斯提出：热量不能自发地从低温物体传递到高温物体，或者说不可能使热量从低温物体传递到高温物体而不引起其他变化。
以冰箱工作过程为例，如果把冰箱工作时向外界排放的热量收起来再放回到冷藏室，冰箱、房间、空气、冷藏室还能回到原来状态吗？不可能，因为冰箱工作时电路会放出热量，这部分热量较之最初状态是多出来的，总之我们要付出代价。
再看机械能和内能转换过程的方向性。一个在水平面上运动的物体，因克服摩擦力做功最终会停下来，物体和水平面温度升高，机械能转化为内能。若反过来，让生成的内能全部转化为机械能，使物体再运动起来，可行吗？这其实是第二类永动机的想法，有没有这样的设计呢？有。
1881年美国约翰·加姆吉做成了零式发动机，想卖给美国军部。机器里有液体氨，与海水相互作用时，会吸收海水热量变成氨气，氨气膨胀做功后又液化成液态氨。若吸收的热量能全部用来做功，循环就能持续，可不断从海水吸热做功。但最终实现了吗？没有，实际上一次循环都没发生，因为气体氨无法通过对外做功的方式液化，且液体氨温度比海水还低。
英国物理学家开尔文对这个问题进行研究，并给出表述：不可能从单一热源吸热并使它全部用来做功而不引起其他变化。第二类永动机不违反热力学第一定律，但不可能成功，因为机械能和内能之间的转换有方向性，机械能可百分百转化为内能，但内能转化为机械能的过程，以热机为例，汽车发动机就是一种热机（内燃机），它可把高温燃气的内能转化为机械能，但这个过程有条件。汽车发动机要向外排放比大气温度高的尾气，工作过程要有两个热源，燃气是高温热源，周围环境是低温热源。发动机工作就是不断把高温热源的内能转化为机械能，同时向低温热源放出热量。热机从高温热源吸收热量，一部分用来做功，一部分向低温热源放出热量，从做功效率来讲，做功部分小于吸收热量部分，即内能无法全部转化为机械能，热机效率小于百分百。从单一热源吸热用来做功可以吗？可以，比如Flash演示的内燃机做功冲程。
我们来看看内燃机是如何工作的，先了解它的组成和不同阶段发生的情况。内燃机是结构复杂的动力设备，主要由活塞、活塞销、连杆、曲轴、机体、喷油嘴、火花塞、气阀、凸轮轴等部件组成。
运行第一阶段，活塞在外力作用下向下移动，喷油嘴向气缸内喷油，同时活塞向下移动使工作腔容积增加，压力下降，连接工作腔和进气管的阀门打开，空气进入工作腔，此时空气和燃料的混合物充满整个气缸。
运行第二阶段，活塞向上移动，工作腔容积减小，阀门关闭，空气和燃料的混合物被压缩，此时燃烧条件基本具备，只差一个火星引爆。