La segunda ley: el calor tiene una dirección
La primera ley equilibra la energía pero nunca dice hacia dónde va un proceso. La segunda ley llena ese vacío: el calor fluye de caliente a frío por sí solo, ningún motor convierte todo su calor en trabajo, y los procesos reales corren en un solo sentido.
Arrastra la temperatura del bloque izquierdo. El calor siempre fluye del lado más caliente al más frío, nunca al revés por sí solo. Por eso un café caliente siempre se enfría hacia la temperatura ambiente y nunca se recalienta solo absorbiendo de vuelta el calor de la habitación más fría.
Enunciado de Kelvin-Planck: ningún motor puede convertir todo su calor en trabajo. Siempre hay que soltar algo de QC, así que η < 1. Así que aunque el océano guarde una enorme reserva de calor, un barco no puede impulsarse simplemente enfriando el agua de mar y convirtiendo ese calor en trabajo, porque la segunda ley prohíbe un motor que se sirva de un solo foco. Alterna el motor perfecto imposible con uno real.
Enunciado de Clausius: el calor no fluye de frío a caliente por sí solo. Un frigorífico puede hacerlo, pero solo pagando con trabajo W. Una bomba de calor usa exactamente el mismo truco para calentar una casa, pagando un poco de trabajo eléctrico para recoger calor del aire frío exterior y entregar dentro más calor que el trabajo por sí solo, y por eso supera a un simple calefactor eléctrico. Alterna el flujo prohibido con un frigorífico real.
Suelta un gas en una mitad vacía y se expande hasta llenar la caja, pero nunca se reagrupa solo en un lado. Arrastra para verlo expandirse: los procesos reales tienen una flecha del tiempo. Nada en la primera ley prohíbe que el gas se reagrupe, y cada choque molecular funciona igual hacia atrás en el tiempo, pero la disposición dispersa dispone de una cantidad abrumadoramente mayor de microestados, de modo que el reagrupamiento simplemente no ocurre por pura improbabilidad.
La misma ley tiene tres caras: el calor baja, los motores desechan algo de calor y los frigoríficos necesitan trabajo para subir el calor. Alternalas. El próximo capítulo hace exacto este límite con el ciclo de Carnot, y el siguiente le da un nombre: la entropía. Las tres caras son la misma ley que prohíbe que la entropía total del mundo disminuya, y la entropía es el único libro de cuentas que mide las tres a la vez.