החוק השני של התרמודינמיקה

לפי החוק הראשון של התרמודינמיקה, שינוי האנרגיה במערכת שווה והפוך לשינוי האנרגיה בסביבה. כשקוביית קרח, שהיא המערכת, נוספת לספל תה חם, שהוא הסביבה, הקרח נמס בזמן שהתה מתקרר. החום שנוסף לקוביית הקרח שווה לחום שאבד מהתה.

אנרגיה נשמרת, לא משנה מה כיוון מעבר החום. אך הוספת קוביית קרח לעולם לא תחמם תה מכיוון שכמות החום שעוברת לא קובעת את כיוון זרימת החום. יש לקחת בחשבון את השינוי באנטרופיה כדי להסביר את הכיוון של מעבר החום ושל תגובות ספונטניות אחרות.

החוק השני של התרמודינמיקה מגדיר שהאנטרופיה של היקום, שהיא סך האנטרופיה של המערכת והסביבה, גדלה בכל התהליכים הספונטניים. המשמעות היא ש ΔS(דלתא)של היקום, ההפרש בין האנטרופיה של היקום במצבו הסופי וההתחלתי, חייבת להיות גדולה מאפס. מכיוון שהאנטרופיה היא מידה של פיזור אנרגיה, תהליך שבו האנרגיה של היקום מפוזרת יותר במצב הסופי מההתחלתי יהיה ספונטני.

כשקוביית קרח נמסה, מולקולות המים משתנות ממוצק מסודר למצב נוזל מפוזר יותר עם שינוי חיובי באנטרופיה של המערכת. כשמים קופאים לקרח, ΔS של המערכת היא שלילית. אך בשביל שתהליכים אלה יהיו ספונטניים, האנטרופיה של היקום צריכה לגדול, לכן הגורם שקובע אם התהליכים הללו ספונטניים או לא הוא הסביבה.

כשמים קופאים הם משחררים חום לסביבה ומגדילים את האנרגיה של הסביבה. ΔS של הסביבה צריכה להיות חיובית וגדולה מΔS של המערכת כדי שΔS ש