La segona llei de la termodinàmica estableix que: "La quantitat d'entropia d'l'univers tendeix a incrementar-se en el temps."
De el segon principi s'extreu que si bé tota la feina es pot convertir en calor, no tota la calor pot convertir-se en treball. La màxima eficiència que es pot aconseguir és l'eficiència de Carnot.
D'acord amb la primera llei de la termodinàmica, tot procés que ocorre en un sistema donat ha de satisfer el principi de conservació de l'energia, incloent el flux de calor.
L'equació: 
estableix, en altres paraules, que tot procés l'únic fi sigui el de crear o destruir energia, és impossible, és a dir, nega l'existència d'una màquina de moviment perpetu de primera classe.
El primer principi de la termodinàmica no ens diu res sobre la direcció en què un procés pot ocórrer en un sistema.
L'entropia i el segon principi de la termodinàmica
En la segona llei de la termodinàmica és molt important el concepte de l'entropia.
La segona llei requereix que, en general, l'entropia total de qualsevol sistema no pugui disminuir més que augmentant l'entropia d'algun altre sistema.
Per tant, en un sistema aïllat del seu entorn, l'entropia d'aquest sistema tendeix a no disminuir. Per aquesta raó la calor no pot fluir d'un cos més fred a un cos més calent sense l'aplicació de la feina (la imposició de l'ordre) a el cos més fred.
Es dedueix que una reducció en l'augment d'entropia en un procés específic, com una reacció química, vol dir que és energèticament més eficient.
L'aplicabilitat d'una segona llei de la termodinàmica es limita als sistemes que estan a prop o en estat d'equilibri.
Exemples de la segona llei de la termodinàmica
Aquesta restricció en la direcció, en què un procés pot o no ocórrer en la naturalesa, es manifesta en tots els processos espontanis o naturals. En efecte, sempre observem que:
-
Un gas comprimit tendeix a expandir-se
-
La transferència de calor sempre passa des dels cossos calents als freds.
-
El funcionament d'un aire condicionat
Mai observem que aquests processos tinguin lloc en forma espontània en direcció oposada. En cap cas la calor flueix d'un cos fred a un altre calent sense l'aportació d'un treball extern.
Com funciona un aire condicionat?
Un aire condicionat pot refredar l'aire en una habitació. A l'refredar l'aire redueix l'entropia de l'aire d'aquest sistema.
La calor expulsat del abitació (el sistema) sempre contribueix més a l'entropia de l'ambient que la disminució de l'entropia de l'aire d'aquest sistema. Per tant, el total d'entropia de la sala més l'entropia de l'entorn augmenta.
Màquines tèrmiques
En teoria, una màquina tèrmica amb una eficiència perfecta hauria de convertir tota l'energia calorífica absorbida en treball mecànic. La segona llei de la termodinàmica estableix que això és impossible.
Definició de màquines tèrmiques
Un màquina tèrmica té per objectiu proporcionar contínuament treball a l'exterior a partir d'la calor absorbida.
Si imaginem un cicle realitzat en sentit oposat a el d'un motor, el resultat final serà:
-
L'absorció de calor a temperatura baixa.
-
L'expulsió d'una quantitat major a temperatura més elevada
-
I per fi, la realització d'una quantitat neta de treball sobre el sistema.
El teorema de Carnot
El teorema de Carnot anuncia que "Cap màquina tèrmica operant en cicles entre dos recipients tèrmics daus, té una eficiència més gran que la d'una màquina reversible (de Carnot) operant entre els mateixos recipients"
La demostració, és deguda a W. Thomson, (Lord Kelvin). A més a es troba el teorema de Kelvin Planck: "Tota transformació cíclica, l'únic resultat final sigui el d'absorbir calor d'un cos o font tèrmica a una temperatura donada i convertir-lo íntegrament en treball, és impossible."