Quando os estudos a respeito das máquinas térmicas foram feitos, um fato chamou bastante a atenção dos físicos da época. Eles observaram algumas transformações que nunca ocorriam, mesmo não violando a Lei da Conservação da Energia.
Nas transformações termodinâmicas, sempre vemos a transferência de calor de um corpo quente para um corpo frio. Em meio a essas transformações, uma proibição que os físicos observaram foi que nunca o calor flui de um corpo frio para um corpo quente. Na verdade, para que isso aconteça, deve haver a realização de trabalho. Podemos comprovar tal fato quando uma máquina térmica frigorífica entra em funcionamento. Ela consegue, por meio da realização de trabalho, transferir calor do congelador para o meio externo, no caso, o ar quente.
Outra observação descrevia que uma máquina térmica frigorífica nunca conseguiria converter integralmente todo calor em trabalho. Essas observações de proibições se transformaram em lei: a Segunda Lei da Termodinâmica. Embora tenha sofrido diversas formulações, duas das mais notáveis foram enunciadas, são elas:
- O calor flui sempre espontaneamente de um corpo quente para um corpo frio. Sendo que o inverso só acontece quando há a realização de trabalho.
- Para uma máquina térmica que opera em ciclos, é impossível converter todo o calor em trabalho.
Dessa forma, os físicos e cientistas da época perceberam que havia uma relação entre os processos “proibidos” pela Segunda Lei da Termodinâmica e os conceitos de reversibilidade e ordem. Assim, dizemos que uma transformação é reversível quando ela pode ocorrer ao contrário.
Tomando essas proibições como base, Clausius introduziu o conceito de entropia, a fim de medir o estado de desordem de um sistema. Com base nesse novo conceito, a Segunda Lei da Termodinâmica passou por mais uma formulação.
A nova formulação era em relação ao estado de desordem de um sistema e dizia que:
A entropia total de um sistema isolado nunca diminui: ou ela fica constante ou aumenta.
