A termodinamika második főtétele

A természetben lejátszódó folyamatok többsége egy irányban zajlik le, fordított irányban maguktól nem mennek végbe (külső hatás egyes esetekben megfordíthatja a folyamatot). Az ilyen folyamatokat irreverzibilis folyamatoknak nevezzük. Például ha összetöltünk hideg és meleg vizet, akkor a langyos keverékből, amit kapunk külső hatás nélkül az eredeti hideg és meleg víz nem nyerhető vissza. Egy másik példa, ha egy talajon csúszó testet nézünk, a test a súrlódás hatására egy idő után megáll, közben pedig hő termelődik. A test sohasem fog magától felgyorsulni a lehűlése árán. Mindkét fordított folyamat eleget tenne a termodinamika első főtételének, de mégsem történnek meg.

A fenti példákat általánosabban is megfogalmazhatjuk. Az első példa kapcsán kijelenthetjük, hogy hő önként (spontán lezajló folyamatokban) csak melegebb testről hidegebbre mehet át, vagyis a természetben a hőmérsékletek arra törekednek, hogy kiegyenlítődjenek. A második példa kapcsán megfogalmazható, hogy nem lehet olyan gépet készíteni, amely hőtartály lehűlése révén munkát végezne. Ezek az állítások a termodinamika második főtételének legkorábbi, egymással ekvivalens megfogalmazásai.

A második főtétel a termodinamikai folyamatok eléggé nyilvánvaló irányát mutatja, mélyebb tartalma azonban csak a molekuláris hőelmélet keretében érthető meg. Az egyik általános szemléletű megfogalmazás szerint azt mondja ki, hogy egy izolált (elszigetelt) rendszer állapota termikus egyensúly felé halad.

Találóan nevezték az l. főtételt az elsőfajú, a II. főtételt a másodfajú perpetuum mobile lehetetlensége elvének. Másodfajú perpetuum mobile lenne pl. az a gép, amely minden befektetett hőt körfolyamatokkal folyamatosan munkavégzésre fordítana. A körfolyamatok tárgyalása során látszik, hogy ilyen gépet akkor sem lehetne készíteni, ha a súrlódást teljesen ki tudnánk küszöbölni, mert a hő egy része mindig elvész, vagyis a befektetett hőnek csak egy részét lehet munkává alakítani.