Quelle est la deuxième loi de la thermodynamique?
Les trois lois de la thermodynamique régissent le transfert et le comportement de toute matière et de toute énergie dans l'univers tel que le comprend généralement la science. En résumé, la première loi stipule que la quantité d’énergie et de chaleur dans un système fermé reste constante; pas plus d'énergie ne peut provenir d'un système que ce qui a été mis dedans. Ceci est lié à la loi de conservation de l'énergie qui stipule que la matière et l'énergie ne peuvent être ni créées ni détruites. La deuxième loi de la thermodynamique est l’un des fondements les plus importants de la nature, responsable de la flèche du temps et de l’irréversibilité de la nature.
Même si un système semble idéal, il n’existe pas de système parfait. Une partie de l’énergie, qu’elle soit électrique, thermique ou mécanique, sera perdue par friction et convertie en chaleur perdue. Cela signifie qu'avec le temps, l'énergie totale d'un système approchera progressivement de zéro à moins que de l'énergie extérieure ne soit ajoutée. La quantité d'entropie ou de désordre dans un système approchera au maximum, ce qui signifie qu'aucun travail utile ne peut être effectué dans ou par le système, car ses molécules et ses particules sont trop désorganisées. La deuxième loi de la thermodynamique soutient que les systèmes tendent à désordre à partir d'un état plus ordonné; un glaçon dans un verre d'eau fera fondre et réchauffera légèrement l'eau environnante, mettant les deux systèmes en équilibre.
La deuxième loi de la thermodynamique l'emporte sur la première loi; lorsque la première loi stipule que la production d'énergie ne peut jamais dépasser l'apport d'énergie, la deuxième loi soutient que la production d'énergie ne peut jamais être égale à l'apport d'énergie en raison de la perte constante d'énergie et de la tendance des systèmes à se rapprocher de l'équilibre. Moins un système a d’énergie, plus il y a d’entropie car il faut de l’énergie pour rétablir l’ordre et diminuer l’entropie totale. Lorsque l'énergie au sein d'un système atteint un équilibre, l'entropie est maximale. Par exemple, bien qu’une tasse d’eau chaude refroidisse naturellement, il faut une application constante d’énergie thermique pour maintenir l’eau à une température plus chaude.
Les cosmologues s’appuient sur la deuxième loi de la thermodynamique pour créer des théories sur le destin éventuel de l’univers. La théorie la plus courante est que l'univers étant lui-même un système thermodynamique fermé, son entropie s'approchera au maximum à mesure que les étoiles s'épuisent et deviendront des trous noirs. Celles-ci finiront par s'évaporer après 100 trillions d'années, laissant l'univers comme un vide stérilisé pour le reste de l'éternité, à l'exception des fluctuations quantiques.