Segunda ley de la termodinámica

La primera ley de la termodinámica, o principio de conservación de la energía se aplica en algunos  procesos relacionados con sistemas cerrados y abiertos. La energía es una propiedad conservación y no se sabe de ningún proceso que viole la primera ley de la termodinámica. Por lo tanto es razonable concluir que para que ocurra, un proceso debe satisfacer la primera ley. Sin embargo, como se explica aquí, satisfacerla no asegura que en realidad el proceso tenga lugar.

Una experiencia común es que una taza de café caliente dejada en una habitación que está más fría termine por enfriarse. Este proceso satisface la primera ley de la termodinámica porque la cantidad de energía que pierde el café es igual a la cantidad que gana el aire circundante.

Considere ahora el proceso inverso: café caliente que se vuelve incluso más caliente en una habitación más fría como resultado de la transferencia de calor desde el aire. Se sabe que este proceso nunca se lleva a cabo; sin embargo, hacerlo no violaría la primera ley siempre y cuando la cantidad de energía que pierde el aire sea igual a la cantidad que gana el café

También, considere un mecanismo provisto de una rueda de paletas que funciona mediante la caída de una masa; la rueda gira cuando desciende la masa y agita un fluido dentro de un recipiente aislado. Como resultado, disminuye la energía potencial de la masa mientras que la energía interna del fluido se incrementa de acuerdo con el principio de conservación de la energía. Sin embargo, el proceso inverso de subir la masa mediante transferencia de calor desde el fluido a la rueda de paletas no ocurre en la naturaleza, aunque hacerlo no violaría la primera ley de la termodinámica.

A partir de estos argumentos resulta claro que los procesos van en cierta dirección y no en la dirección contraria. La primera ley de la termodinámica no restringe la dirección de un proceso, pero satisfacerla no asegura que en realidad ocurra el proceso. Esta falta de adecuación de la primera ley para identificar si un proceso puede tener lugar se remedia introduciendo otro principio general, la segunda ley de la termodinámica en la que se establece que no todo proceso puede revertirse debido a la existencia de un desperdicio de energía la misma que no se la puede utilizar.

La segunda ley de la termodinámica se usa también para determinar los límites teóricos en el desempeño de sistemas de ingeniería de uso ordinario, como máquinas térmicas y refrigeradores, así como predecir el grado de terminación de las reacciones químicas. La segunda ley está también estrechamente asociada con el concepto de perfección. De hecho, la segunda ley define la perfección para los procesos termodinámicos. Se puede usar para cuantificar el nivel de perfección de un proceso y señalar la dirección para eliminar eficazmente las imperfecciones.