Ο πρώτος νόμος της Θερμοδυναμικής μας μιλάει για την ενέργεια η οποία
διατηρείται σε κάθε μεταβολή, δεν καταστρέφεται αλλά μπορεί να αλλάζει μορφή.
Όλες οι μεταβολές που γίνονται θα πρέπει να επαληθεύουν τον πρώτο νόμο ο οποίος
όμως δεν μας διευκρινίζει για τον δρόμο που ακολουθούν οι μεταβολές καθώς και
την ποιότητα της ενέργειας, παρά μόνο την ποσότητα αυτής.
Πρώτη γενική μορφή
διατύπωσης του νόμου: Τα γεγονότα ή φαινόμενα εξελίσσονται στο χρόνο προς μια
κατεύθυνση, συγκεκριμένα γεγονότα γίνονται με κάποια σειρά στο χρόνο.
Ένα φλιτζάνι καφέ δεν μπορεί να ζεσταθεί σε ένα κρύο δωμάτιο. Μια ηλεκτρική
αντίσταση που διαρρέεται από ρεύμα δίνει θερμότητα προς το περιβάλλον, αν
δεχθεί θερμότητα δεν μπορεί να παράγει έργο. Ένα ποτάμι ρέει από τα ψηλά προς
τα χαμηλά και δεν μπορεί αντίθετα. Αν αναμείξουμε δύο ουσίες αυτές δεν μπορούν
εύκολα να επανέλθουν στην αρχική τους κατάσταση. Το έργο που δίνει μία πτερωτή
σε ένα ρευστό γίνεται θερμότητα, αν όμως δώσουμε θερμότητα στην πτερωτή αυτή δε
θα περιστραφεί.
Δεύτερη γενική μορφή
διατύπωσης του νόμου: Κάθε σύστημα, όταν αφεθεί μόνο του (απομονωθεί), αλλάζει
γρήγορα ή αργά και τελικά καταλήγει σε μια κατάσταση ισορροπίας.
Όλα τα συστήματα τείνουν σε μια κατάσταση ισορροπίας. Στη θέση αυτή η
ενέργεια του συστήματος είναι χαμηλότερη. Για παράδειγμα, αντικείμενα που
βρίσκονται ψηλά τείνουν να βρεθούν σε πιο χαμηλές θέσεις (χαμηλότερη δυναμική
ενέργεια), αντικείμενα που βρίσκονται σε υψηλή θερμοκρασία τείνουν να κρυώσουν
(χαμηλότερη θερμική ενέργεια), αντικείμενα που κινούνται με υψηλή ταχύτητα
τείνουν να σταματήσουν (χαμηλότερη κινητική ενέργεια) κτλ.
Με όρους θερμικής ενέργειας:
Στη φύση δεν είναι δυνατόν να εξελιχθεί μια μεταβολή, της οποίας τα αποτελέσματα
είναι η ροή θερμότητας από ένα σώμα με χαμηλή θερμοκρασία σε ένα σώμα με υψηλή
θερμοκρασία.
Όταν έρχονται σε επαφή δύο σώματα, ένα ζεστό και ένα κρύο, τότε θερμότητα
ρέει από το ζεστό στο κρύο μέχρι οι θερμοκρασίες τους να εξισωθούν. Το αντίθετο
είναι αδύνατο να συμβεί.
Με όρους θερμότητας και
έργου: Η ενέργεια, εκτός του ότι διατηρείται, υπακούει και σε ένα φυσικό νόμο,
που καθορίζει προς ποια κατεύθυνση η ίδια ενέργεια μετασχηματίζεται. Η ενέργεια
μπορεί να μετασχηματιστεί στην πράξη σε ενέργεια της αυτής ποιότητας, ή σε
ενέργεια κατώτερης ποιότητας.
Οι μεταβολές που συμβαίνουν στη φύση έχουν ως αποτέλεσμα το μετασχηματισμό
της ενέργειας σε ενέργεια χαμηλότερης ποιότητας. Χαμηλότερης ποιότητας ενέργεια
είναι η θερμότητα ενώ υψηλότερης ποιότητας ενέργεια είναι το έργο. Από το έργο
μπορούμε να πάρουμε 100% θερμότητα, αντίθετα από τη θερμότητα δεν μπορούμε να
πάρουμε 100% έργο κατά το μετασχηματισμό.
Βλέπουμε λοιπόν από τα παραπάνω παραδείγματα, ότι παρόλο που η οποιαδήποτε
κατεύθυνση της πραγματοποίησης μιας μεταβολής δεν έρχεται σε αντίθεση με τον
πρώτο νόμο και θα μπορούσε να πραγματοποιηθεί, με το δεύτερο νόμο δεν μπορεί να
πραγματοποιηθεί. Για να πραγματοποιηθεί μια μεταβολή στη φύση θα πρέπει να
συμφωνεί ο πρώτος και ο δεύτερος θερμοδυναμικός νόμος.
Για να πραγματοποιηθούν οι μεταβολές προς την αντίθετη κατεύθυνση στη φύση,
χρειάζεται κατανάλωση έργου.
