Nghiên cứu về định luật tăng sự mất trật tự đƣợc đề xƣớng bởi những ngƣời quan tâm sử dụng năng lƣợng trong công nghiệp và vận tải. Ví dụ, họ tự hỏi tại sao năng lƣợng tạo ra từ hơi nƣớc có hiệu suất thấp nhƣ vậy (khoảng 10%), tại sao nó không thể biến đổi tất cả nội năng của hơi nƣớc thành năng lƣợng hữu ích?
Câu trả lời là các dạng năng lƣợng khác nhau là khác nhau theo cấp độ mà chúng đƣợc tổ chức. Chúng ta đã tìm hiểu một số ví dụ này. Năng lƣợng trong quả banh đang lăn có tổ chức lớn hơn nhiều so với năng lƣợng nhiệt mà nó có sau khi quả banh đứng lại. Nhiệt năng liên quan đến nƣớc đá và nƣớc nóng có trật tự hơn lƣợng năng lƣợng nhiệt sau khi khối nƣớc đá đã tan. Có một sự thay đổi sự mất trật tự trong mỗi trƣờng hợp mặc dù lƣợng năng lƣợng là không thay đổi.
Hình 5.5 cho thấy mức độ tổ chức các loại năng lƣợng khác nhau. Các dạng năng lƣợng vĩ mô - động năng, thế năng hấp dẫn, và thế năng điện từ - theo xu hƣớng là các dạng năng lƣợng có tính tổ chức cao (hay là chất lƣợng cao). Một trong những dạng này có thể đƣợc chuyển hoàn toàn thành dạng khác hoặc thành một phần dạng năng lƣợng khác. Tại điểm cực trị nào đó, hầu hết các quá trình kết thúc khi nhiệt độ của vật gần với nhiệt độ môi trƣờng xung quanh.
Hình 5.5 - Minh họa mức độ tổ chức các loại năng lượng khác nhau [5]
Do đó, nhiệt năng ứng với nhiệt độ của môi trƣờng xung quanh là dạng năng lƣợng mất trật tự nhất (kém chất lƣợng nhất). Trong thực tế, mặc dù nhiệt năng có thể đƣợc tổ chức từng phần, nếu có sự sai biệt về nhiệt độ giữa các phần của một hệ, nhƣng mức độ tổ chức vẫn thấp hơn bất kì dạng nào của nội năng.
Nội năng có liên quan đến các liên kết hoá học của các nguyên tử là phân tử bị kích thích, và các trạng thái vật lý của vật chất có tổ chức hơn nhiệt năng. Mức độ của tổ chức
hoá học làm giảm toàn bộ tính tổ chức của hệ thống và môi trƣờng xung quanh của nó. Cuối cùng, thế năng hạt nhân là những dạng nội năng có tính tổ chức cao nhất. Năng lƣợng của hạt nhân phụ thuộc vào hình dạng chính xác của hạt nhân.
Để thuận tiện, ta liệt kê các loại năng lƣợng này theo cấp độ trật tự mà chúng có xu hƣớng đại diện. Nếu chúng ta liệt kê chúng theo trật tự nhất định từ trật tự cao nhất tới trật tự thấp nhất (từ trên xuống), định luật về tăng sự mất trật tự bắt buộc rằng một dạng năng lƣợng nào đó không thể chuyển toàn bộ sang dạng năng lƣợng cao hơn trong danh sách. Một cách tƣơng tự, các quá trình trong tự nhiên theo hƣớng của mũi tên thời gian sẽ là các quá trình kèm theo một dòng năng lƣợng theo hƣớng xuống dƣới danh sách. Chúng ta có thể liệt kê một danh sách nhƣ sau, và nhận ra rằng trong trƣờng hợp đặc biệt nào đó trật tự có lẽ khác đi.
1.Thế năng hấp dẫn và động năng vĩ mô 2.Thế năng hạt nhân
3. Thế năng tĩnh điện 4. Thế năng hoá học
5. Nhiệt năng ứng với nhiệt độ môi trƣờng xung quanh.
Các ngôi sao có năng lƣợng để chiếu sáng từ việc giải phóng thế năng hạt nhân. Năng lƣợng đƣợc truyền trong ánh sáng, một phần đƣợc cây hấp thụ trong quang hợp để trở thành thế năng hoá học. Khi cây chết, quá trình phân huỷ xảy ra, năng lƣợng chuyển vào môi trƣờng nhƣ là phần chuyển động của các phân tử ngẫu nhiên (nhiệt năng) của nhiệt độ xung quanh. Các dòng năng lƣợng chảy một cách tự nhiên theo chiều mũi tên thời gian từ đầu danh sách xuống đáy danh sách, từ trật tự sang mất trật tự.
Sự phụ thuộc của sự mất trật tự vào dạng năng lƣợng hoá học có một số hệ quả quan trọng và thú vị. Ví dụ, sự mất trật tự liên quan đến hidrocacbon (nhƣ là xăng) và oxi không khí thì khá thấp. Hai chất này có thể kết hợp khi xăng bốc cháy để tạo thành cacbon đioxit, hơi nƣớc và lƣợng nhiệt năng đáng kể. Tất cả những chất này thì mất trật tự hơn nhiều so với nguyên liệu lúc đầu, vì thế quá trình là không thuận nghịch, sự mất trật tự có liên quan đến thay đổi các liên kết hoá học là một trong những đặc tính quan trọng nhất để các nhà hoá học nghiên cứu. Tuy nhiên ở đây, những ý tƣởng trực giác của chúng ta về đo đạc trật tự và sự mất trật tự thì chƣa đầy đủ. Giới hạn phức tạp hơn là sử dụng “entropy” trong công việc này.