Segunda ley de la termodinámica
La ley 1 solo cuadra la energía y no dice hacia dónde va un proceso, y la ley 2 llena ese hueco. El calor fluye por sí mismo de lo caliente a lo frío, ningún motor convierte el calor entero en trabajo, y un proceso real avanza en una sola dirección. Sobre un libro cuadrado se añade una dirección.
Arrastra la temperatura del bloque de la izquierda y el calor fluye siempre del lado caliente al frío, y nunca va al revés por sí mismo. Así el café caliente solo se enfría hacia la habitación, y nunca aspira el calor de la habitación y se pone caliente otra vez por sí mismo. Solo hay cuesta abajo, y la cuesta arriba no surge sola.
El enunciado de Kelvin-Planck dice que ningún motor puede convertir en trabajo todo el calor que toma. Hay que rechazar calor, así que la eficiencia es η < 1. Así, aunque el mar guarde una energía térmica enorme, un barco no puede enfriar el agua y avanzar solo con ese calor, porque un motor con una sola fuente lo bloquea la ley 2. Cambia el motor perfecto imposible y un motor real y la diferencia se ve.
El enunciado de Clausius dice que el calor no puede ir por sí mismo de un sitio frío a uno caliente. Un frigorífico lo logra, pero solo gastando trabajo. Una bomba de calor usa el mismo principio, gasta un poco de trabajo eléctrico para reunir calor del aire frío de fuera y llevarlo adentro, y manda a la habitación más calor que el trabajo gastado, así que vence a un calentador eléctrico. Cambia el flujo prohibido y un frigorífico real y el contraste queda claro.
Suelta un gas en una mitad vacía y se extiende hasta llenar la caja, y nunca se reúne otra vez a un lado por sí mismo. Arrastra y mira cómo se extiende y un proceso real tiene una dirección en el tiempo. De hecho la ley 1 no impide que el gas se reúna otra vez, y los choques de moléculas sueltas siguen valiendo si se invierte el tiempo. Pero la disposición extendida tiene abrumadoramente más maneras, así que la reunión simplemente no ocurre, por probabilidad.
La misma ley usa tres caras. El calor fluye cuesta abajo, un motor rechaza algo de calor, y un frigorífico necesita trabajo para subir el calor, y cambiar las tres muestra que son una raíz. El capítulo siguiente clava este límite con exactitud con el ciclo de Carnot, y el capítulo de después le pone nombre. Entropía. Las tres caras prohíben todas que la entropía del mundo entero baje, y la entropía es el libro único que mide las tres a la vez.