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Segunda ley de la termodinámica

1850
  • Sadi Carnot
  • Rudolf Clausius
  • William Thomson (Lord Kelvin)
Engineers designing an efficient heat engine in a laboratory, illustrating thermodynamics applications.

The Second Law introduces the concept of entropy and defines the direction of spontaneous processes. It can be stated in several ways, but a key consequence is that the total entropy of an isolated system can never decrease over time. This law explains the ‘arrow of time’ and why processes are irreversible, such as heat spontaneously flowing from a hot body to a cold one.

The Second Law is one of the most profound principles in science. One of its earliest formulations is the Clausius statement: ‘Heat can never pass from a colder to a warmer body without some other change, connected therewith, occurring at the same time.’ Another is the Kelvin-Planck statement: ‘It is impossible to devise a cyclically operating device, the sole effect of which is to absorb energy in the form of heat from a single thermal reservoir and to deliver an equivalent amount of work.’ Both statements forbid perpetual motion machines of the second kind.

The law’s novelty was the introduction of irreversibility into fundamental physics. While the First Law deals with energy conservation, the Second Law deals with energy quality and its inevitable degradation to less useful forms (waste heat). Ludwig Boltzmann later provided a statistical interpretation, defining entropy ([latex]S[/latex]) as a measure of the number of possible microscopic arrangements (microstates) that correspond to a system’s observed macroscopic state. The formula [latex]S = k_B \ln W[/latex] connects entropy to statistical probability, explaining that systems tend to evolve towards their most probable (highest entropy) state.

UNESCO Nomenclature: 2212
– Thermodynamics, statistical physics, and condensed matter

Tipo

Sistema abstracto

Disrupción

Revolucionario

Utilización

Uso generalizado

Precursores

  • Sadi Carnot’s work on the motive power of fire and the ideal heat engine cycle
  • Observaciones de la ineficiencia inherente de las máquinas de vapor
  • La comprensión intuitiva de que el calor no fluye espontáneamente del frío al calor.
  • development of probability theory and statistics by Laplace and others

Aplicaciones

  • Diseño de máquinas térmicas y refrigeradores eficientes (eficiencia de Carnot)
  • Ingeniería química para predecir la espontaneidad de las reacciones
  • teoría de la información, donde la entropía de Shannon es una medida del contenido de información
  • cosmology (the ‘heat death of the universe’ hypothesis)
  • Ciencia de los materiales para comprender el desorden y las transiciones de fase

Patentes:

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