Qual è la seconda legge della termodinamica?
Le tre leggi della termodinamica regolano il trasferimento e il comportamento di tutta la materia e l'energia nell'universo come la scienza comunemente capisce. Riassumendo, la prima legge afferma che la quantità di energia e calore in un sistema chiuso rimane costante; da un sistema non può arrivare più energia di quanta ne sia stata inserita. Ciò si lega alla Legge di conservazione dell'energia che afferma che la materia e l'energia non possono essere create o distrutte. La seconda legge della termodinamica è una delle basi più importanti della natura, responsabile della freccia del tempo e dell'irreversibilità della natura.
Non importa quanto possa sembrare ideale un sistema, non esiste un sistema perfetto. Parte dell'energia, sia elettrica che termica o meccanica, andrà persa per attrito e convertita in calore disperso. Ciò significa che nel tempo l'energia totale di un sistema si avvicinerà gradualmente a zero a meno che non venga aggiunta energia esterna. La quantità di entropia, o disordine, in un sistema si avvicinerà al massimo, il che significa che nessun lavoro utile può essere svolto nel o dal sistema perché le sue molecole e particelle sono troppo disorganizzate. La seconda legge della termodinamica sostiene che i sistemi tendono al disordine da uno stato più ordinato; un cubetto di ghiaccio in un bicchiere d'acqua scioglierà e riscalderà leggermente l'acqua circostante, mettendo in equilibrio i due sistemi.
La seconda legge della termodinamica ha la precedenza sulla prima legge; dove la prima legge afferma che la produzione di energia non può mai superare l'apporto energetico, la seconda legge afferma che la produzione di energia non può mai eguagliare l'apporto energetico a causa della costante perdita di energia e della tendenza dei sistemi ad avvicinarsi all'equilibrio. Meno energia ha un sistema, più entropia è presente perché ci vuole energia per ripristinare l'ordine e ridurre l'entropia totale. Quando l'energia all'interno di un sistema raggiunge un equilibrio, l'entropia è al massimo. Ad esempio, sebbene una tazza di acqua calda si raffreddi in modo naturale, è necessaria un'applicazione costante di energia termica per mantenere l'acqua a una temperatura più calda.
I cosmologi guardano alla seconda legge della termodinamica per creare teorie sull'eventuale destino dell'universo. La teoria più comune è che, poiché l'universo stesso è un sistema termodinamico chiuso, la sua entropia si avvicinerà al massimo quando le stelle si esauriranno e diventeranno buchi neri. Questi alla fine evaporeranno dopo 100 trilioni di anni, lasciando l'universo come un vuoto sterilizzato per il resto dell'eternità, escludendo le fluttuazioni quantistiche.