Hukum termodinamik pertama memberikan asas takrifan asas tenaga termodinamik, juga dikenali sebagai tenaga dalaman, dikaitkan dengan semua sistem termodinamik, tetapi tidak diketahui dalam mekanik, dan menyatakan peraturan pengabadian tenaga dalam alam semulajadi.

Bagaimanapun, konsep tenaga dalam hukum pertama tidak menjelaskan bagi pemerhatian bahawa proses semulajadi memiliki kecenderungan arah dalam kemajuan. Sebagai contoh, secara spontan, haba sentiasa mengalir ke kawasan suhu rendah, tidak pernah ke kawasan suhu lebih tinggi tanpa kerja luaran dikenakan pada sistem. Hukum pertama sentiasa simetri sepenuhnya berkaitan dengan keadaan awal dan akhir pada sistem yang berubah. Konsep utama bagi penjelasan fenomena ini melalui hukum termodinamik kedua adalah takrifan bagi ciri fizik baru, entropi.

Perubahan dalam entropi (S) bagi sesuatu sistem adalah pemindahan haba (Q) termat kecil pada sistem tertutup mendorong proses boleh undur, dibahagi dengan suhu seimbang (T) bagi sistem.[1]

d S = δ Q T {\displaystyle dS={\frac {\delta Q}{T}}\!}

Entropi bagi sistem terasing yang seimbang adalah tidak berubah konstant dan telah mencapai tahap maksima.

Suhu Empirikal dan skalanya biasanya ditakrifkan pada prinsip keseimbangan termodinamik oleh hukum sifar termodinamik.[2] Bagaimanapun berdasarkan entropi, hukum kedua membenarkan tafrifan mutlak, suhu termodinamik, yang memiliki titik kosong pada sifar mutlak.[3]

Hukum termodinamik kedua boleh digambarkan dalam banyak cara khusus,[4] pernyataan klasik yang paling menonjol[3] merupakan kenyataan asal oleh Rudolph Clausius (1850), rumusan oleh William Thomson, Baron Pertama Kelvin (1851), dan takrifan dalam termodinamik axiomatik oleh Constantin Carathéodory (1909). Pernyataan ini meletakkan hukum dalam istilah fizik umum memetik perihal mustahil proses tertentu. Ia telah ditunjukkan sebagai setara.

Pernyataan Clausius

Ahli sains Jerman Rudolf Clausius dikatakan orang pertama merumus hukum kedua, kini dikenali sebagai pernyataan Clausius:[4]

Tiada proses adalah mungkin yang hasil tunggalnya adalah pemindahan haba dari jasad suhu lebih rendah kepada jasad suhu lebih tinggi.[note 1]

Spontan, haba tidak boleh mengalir dari kawasan sejuk ke kawasan panas tanpa kerja luaran dilakukan pada sistem, sebagai contoh, yang terbukti dari pengalaman biasa penyejukan ("refrigeration"). Dalam pendinginan, haba mengalir dari sejuk ke panas, tetapi hanya apabila dipaksa oleh agen luaran, pemampat.

Kenyataan Kelvin

Lord Kelvin menggambarkan hukum kedua dalam bentuk lain. Kenyataan Kelvin adalah seperti berikut:[4]

Tiada proses adalah mungkin di mana hasil tunggal adalah penyerapan haba dari simpanan dan penukaran sempurnanya kepada kerja.

Ini bererti bahawa ia adalah mustahil bagi mengeluarkan tenaga melalui haba dari sumber tenaga suhu tinggi dan menukar keseluruhan tenaganya menjadi kerja. Sekurang-kurangnya sebahagian tenaga ini perlu disalur pada sink tenaga suhu rendah. Dengan itu enjin haba dengan 100% keberkesanan adalah mustahil secara termodinamik. Ini juga bererti bahawa adalah mustahil bagi membina panel solar yang menghasilkan eletrik hanya dari jalur infra spektrum elektromagnetik tanpa mempertimbang suhu pada sebelah lain panel (sebagaimana kes dengan panel biasa solar yang beroperasi pada spektrum boleh dilihat).

Perhatikan bahawa ia adalah mungkin bagi menukar haba sepenuhnya menjadi kerja, seperti proses isotermal (pengembangan isotermal bagi gas ideal). Bagaimanapun, proses sedemikian memiliki hasil tambahan. Dalam kes pengembangan isotermal, isipadu gas meningkat dan tidak pernah kembali tanpa campur tangan luaran.

Prinsip Carathéodory

Constantin Carathéodory membentuk termodinamik semata-mata berasaskan asas axiomatik matematik. Pernyataan beliau bagi hukum kedua dikenali sebagai Prinsip Carathéodory, yang boleh dibentuk seperti berikut:[5]

Dalam semua kejiranan bagi sebarang keadaan S bagi sistem terasing adiabatik terdapat keadaan yang tidak dapat dicapai dari S.[6]

Dengan formulasi ini dia menggambarkan konsep capaian adiabatik bagi kali pertama dan memberikan asas bagi bidang kecil baru bagi termodinamik klasik, seringkali dipanggil termodinamik geometrik.

Pernyataan setara

Menghasilkan Pernyataan Kelvin dari Pernyataan Clausius

Katakan terdapat enjin yang menyalahi pernyataan Kelvin : contoh.,satu yang mengeluarkan haba dan menukarkan ia sepenuhnya menjadi kerja dlam bentuk kitaran tanpa hasil yang lain. Sekarang pasangkan ia dengan enjin Carnot diterbalikkan sebagaimana ditunjukkan dalam rajah. Kesan bersin dan tunggal bagi enjin yang baru dicipta terdiri dari dua enjin disebut adalan pemindahan haba Δ Q = Q ( 1 η − 1 ) {\displaystyle \Delta Q=Q\left({\frac {1}{\eta }}-1\right)} dari simpanan lebih sejuk kepada yang lebih panas, yang menyalahi Pernyataan Clausius. Dengan itu pernyataan Kelvin membayangkan pernyataan Clausius . kita boleh membuktikannya dengan cara yang sama bahawa pernyataan Clausius membayangkan pernyataan Kelvin, dan dengan itu keduanya adalah setara.