热力学第二定律与理想制冷循环
在人工制冷中，不仅有热量的转移，也包括热功转换的过程。热力学*定律仅指出了热功转换在数量上的关系。热力学第二定律提示了热功转换和热量传递的条件、深度和方向。克劳休斯（Clausius）指出：“不可能把热从低温物体传至高温物体而不发生变化”，这就是说，热量能自发地从高温物体传向低温物体，不能自发地从低温物体传向高温物体。这一叙述进一步说明了热量传递的方向性。热量由低温物体传向高温物体，必须有一个补偿过程。人工制冷的过程就是在外界的补偿下，将低温物体的热量向高温物体传送的过程。目前使用的补偿过程的方法有两种：一种是消耗功（机械能或电能）来提高制冷剂的压力和温度，使制冷剂将自低温物体（低温热源）吸取的热量，连同机械功转换成的热量，一同排至环境介质（高温热源）中，从而完成了热量从低温传向高温的过程；另一种是消耗高温的热能，用热量由高温传向低温的自发过程作为补偿，来实现将低温物体的热量传送到高温物体的过程。总之，在人工制冷中，需要消耗一定的能量（机械能或热能）作为补偿。
为了连续地实现热量的转移和热功转换，就必须使工质经过一系列的状态变化完成循环。随着效果的不同，循环可分为正向与逆向两种。利用工质的状态变化，将热能转化为机械能的循环叫做正向循环。正向循环在热力图上依顺时针方向进行。通过工质进行的状态变化，使热量从低温物体（冷源）传给高温物体（热源）的循环叫做逆向循环。它在热力图上是依逆时针方向进行的。
可利用逆向循环实现制冷。在这种循环中，利用工质膨胀到较低的温度来从低温物体吸取热量。为了实现连续的制冷过程，工质必须进行排热过程，以便回复到原来状态，重新对冷源吸热。和正向循环一样，逆向循环也必须遵循热力学第二定律。工质在完成逆向循环过程中，除了冷源（低温物体）外，还需要一个向其排热的热源（高温热源）。这同利用单一热源是无法实现循环过程的结论是一致的。在制冷的逆向循环中，通常以环境介质（水、空气等）作为高温热源。
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