Hukum kedua termodinamika atau prinsip kedua termodinamika menyatakan, secara ringkas, bahwa “jumlah entropi dari setiap sistem termodinamika terisolasi cenderung meningkat dengan waktu, sampai mencapai nilai maksimum”. Tetapi secara signifikan, ketika suatu bagian dari sistem tertutup berinteraksi dengan bagian lain, energi cenderung membagi secara merata, hingga sistem mencapai kesetimbangan termal.
Sementara hukum pertama termodinamika menetapkan kekekalan energi dalam setiap transformasi, hukum kedua menetapkan kondisi untuk terjadinya transformasi termodinamika.
Dalam pengertian umum, hukum kedua termodinamika menyatakan bahwa perbedaan antara sistem dalam kontak cenderung untuk menyamakan. Perbedaan tekanan, kepadatan dan, khususnya, perbedaan suhu cenderung menyamakan.
Ini berarti bahwa sistem yang terisolasi akan mencapai suhu yang seragam. Sebuah mesin panas adalah salah satu yang berasal dari kerja yang efektif berkat perbedaan suhu dua benda. Mengingat bahwa setiap mesin termodinamika membutuhkan perbedaan suhu, maka tidak ada pekerjaan yang berguna yang dapat diekstraksi dari sistem terisolasi dalam kesetimbangan termal, yaitu, akan membutuhkan daya dari luar.
Hukum kedua biasanya digunakan sebagai alasan mengapa mesin gerak abadi tidak dapat dibuat.
Hukum kedua termodinamika telah diungkapkan dalam berbagai cara. Secara ringkas dapat diungkapkan seperti ini:
Mustahil untuk membangun perangkat yang beroperasi, menurut siklus, dan tidak menghasilkan efek lain selain perpindahan panas dari benda dingin ke benda hangat.
Dengan kata lain:
Tidak mungkin untuk membangun perangkat yang dengan sendirinya, yaitu, tanpa intervensi dari lingkungan eksternal, berhasil mentransfer panas dari satu benda ke benda lain dengan suhu yang lebih tinggi.
pernyataan Clausius
Dari pernyataan ini, ketidakmungkinan “lemari es yang ideal” dapat ditentukan. Dengan demikian, perangkat lemari es apa pun, untuk menghilangkan panas dari suatu lingkungan, akan menghasilkan lebih banyak panas secara eksternal.
Tidak mungkin membuat perangkat yang beroperasi dalam siklus termodinamika dan tidak menghasilkan efek lain selain mengangkat beban dan mengubah panas dengan reservoir termal tunggal.
Dengan kata lain:
Tidak mungkin untuk membangun perangkat yang, dengan sendirinya, yaitu, tanpa intervensi dari lingkungan eksternal, berhasil sepenuhnya mengubah panas yang diserap dari sumber pada suhu seragam tertentu menjadi kerja.
pernyataan Kelvin-Planck.
Dari pernyataan ini, ketidakmungkinan “mesin yang ideal” mengikuti. Setiap mesin akan menghasilkan energi untuk digunakan dengan membuang sebagian panas ini untuk hilang. Ini sudah dikutip oleh Carnot (Nicolás Leonard Sadi Carnot – fisikawan Prancis 1796 – 1832): Untuk mengubah panas menjadi energi kinetik, mesin termal digunakan, namun konversi ini tidak 100% efisien.
Beberapa penulis menyebut pernyataan seperti itu “postulat” Kelvin dan menggambarkannya sebagai berikut: Tidak ada proses yang mungkin terjadi di mana satu-satunya hasil adalah penyerapan panas dari reservoir dan konversi lengkapnya menjadi kerja.
Pernyataan Carnot juga dapat dikaitkan dengan definisi ini: Agar mesin kalor dapat melakukan kerja, diperlukan dua sumber kalor dengan suhu yang berbeda.
Secara grafis dapat diekspresikan dengan membayangkan ketel sebuah kapal uap. Hal ini tidak dapat menghasilkan kerja jika bukan karena uap berada pada suhu dan tekanan yang tinggi dibandingkan dengan lingkungan yang mengelilinginya.
Cara lain untuk melihat hukum kedua termodinamika adalah dengan mengamati relevansinya. Hukum pertama memang, prinsip akuntansi energi: paket energi harus ditambahkan. Dengan kata lain, hukum pertama berkaitan dengan jumlah energi. Hukum kedua, sementara itu, ketika mengatakan bahwa energi kinetik (misalnya) dapat diubah secara integral menjadi energi panas (panas) tetapi tidak sebaliknya, menunjukkan kualitas energi:
Misalnya, Anda dapat membayangkan sebuah mobil dengan kecepatan 50 km/jam. Dia tiba-tiba berhenti. Semua energi kinetiknya pada akhirnya akan diubah menjadi energi internal dari bantalan rem (dan sumber gesekan lainnya) yang akan memanas. Akhirnya sejumlah panas akan ditransfer ke lingkungan. Sementara itu, jika saya memberikan jumlah panas yang sama ke mobil (atau rem), itu tidak akan meninggalkan tempat itu.
Masalah efisiensi seperti itu memiliki implikasi mendalam dalam desain mesin, peralatan, dan berbagai proses industri.
Secara matematis, dinyatakan seperti ini:
di mana S adalah entropi dan simbol kesetaraan hanya ada ketika entropi berada pada nilai maksimumnya (pada kesetimbangan).
Cara lain untuk menyederhanakan hukum kedua adalah: Entropi sistem yang terisolasi tidak pernah berkurang. Tetapi merupakan interpretasi umum bahwa hukum kedua menunjukkan bahwa entropi suatu sistem tidak pernah berkurang. Ini benar-benar hanya menunjukkan tren, yaitu, itu hanya menunjukkan bahwa sangat kecil kemungkinannya bahwa entropi sistem tertutup akan berkurang pada saat tertentu.
Karena entropi terkait dengan jumlah konfigurasi energi yang sama yang dapat dimiliki oleh sistem tertentu, kita dapat menggunakan konsep subjektif dari ketidakteraturan untuk memfasilitasi pemahaman hukum kedua (walaupun entropi pada dasarnya bukanlah ketidakteraturan). Dengan kata lain, hukum kedua menyatakan, secara kasar, bahwa ketidakteraturan suatu sistem yang terisolasi hanya dapat tumbuh atau tetap sama.