Secondo il primo principio della termodinamica non c’è assolutamente differenza tra calore e lavoro, e non sembrano esserci delle trasformazioni preferite dalla “natura”…il secondo principio invece ci smentisce. Venne enunciato quasi contemporaneamente da due fisici e con formulazioni diversi.

Il secondo principio della termodinamica secondo Kelvin afferma:

"È impossibile che un sistema chiuso che lavora in ciclo produca lavoro positivo scambiando calore con una sola sorgente"

In termodinamica per convenzione si assume positivo un lavoro fatto dal sistema sull’esterno mentre è positivo il calore assorbito da un sistema. Facciamo degli esempi: se un’auto è il nostro sistema termodinamico il moto delle ruote è il lavoro che compie sull’esterno e quindi è positivo, come il calore che forniamo ad una pentola piena d’acqua per scaldarla. Una sorgente termica in termodinamica è invece un sistema con una capacità termica molto grande, tale da non variare la sua temperatura durante gli scambi di calore. Adesso abbiamo una visione più chiara dell’enunciato di Kelvin.

Il secondo principio della termodinamica secondo Clausius afferma:

"E’ impossibile che l’unico risultato di una trasformazione ciclica sia il passaggio di calore da una sorgente a temperatura inferiore ad una a temperatura superiore"

Bèh il secondo principio della termodinamica dice che lavoro e calore non sono del tutto uguali. Secondo Clausius per esempio non esistono dei fenomeni fisici per cui si ha passaggio di calore da un corpo “freddo” a uno “caldo”, e se pensiamo al mondo reale effettivamente non possiamo passare energia da un cubetto di ghiaccio ad un carbone ardente, come non possiamo dare calore ad una pentola d’acqua senza aumentare la sua energia, sfruttabile come lavoro. Studiando il problema analiticamente introduciamo due novità:

L’entropia, il rapporto tra $dq$ e T, è uguale a zero per trasformazioni reversibili e minore di zero per quelle irreversibili.
Il rendimento in termodinamica, è il rapporto tra ciò che si ottiene e ciò che si spende.
Avete mai sentito la frase “in termodinamica il ciclo di Carnot è quello che ha il maggior rendimento”…perché?

Il ciclo di Carnot è composto da due trasformazioni isoterme, a temperatura costante, e due trasformazioni isoentropiche, a entropia costante, dove il fluido evolvente è un gas perfetto.Studiando l’espressione del rendimento e facendo dei semplici passaggi matematici arriviamo a questa espressione:

$eta=1- T_1/T_2$

Ciò significa che in termodinamica per avere un rendimento del 100% anche con una macchina di Carnot che usa un gas perfetto, dovremmo avere una temperatura inferiore pari a 0 Kelvin. Ora che sappiamo anche cosa dice il secondo principio della termodinamica possiamo dare una miglior descrizione del calore, infatti possiamo scriverlo come $Tds$ e significa che le irreversibilità che possono verificarsi in una trasformazione (tipo l’attrito) si traduce fisicamente in un incremento di calore, che è ciò che la quotidianità ci suggerisce.

Per discuterne insieme rimando al post sul forum "Il secondo principio della termodinamica"