Step #15

Relativamente alla termodinamica, possiamo porre dei limiti a quello che abbiamo definito in precedenza come rendimento teorico; infatti si parla di un rapporto che non potrà mai raggiungere 1, ossia il 100%  di efficienza.

Questo limite è espresso sinteticamente dal secondo principio della termodinamica noto come formulazione di Kelvin-Planck. Essa afferma che:

«È impossibile realizzare una trasformazione il cui unico risultato sia la conversione in lavoro di tutto il calore assorbito da una sorgente omogenea»

Chiaramente essendo un "principio" non è possibile fornire una dimostrazione esplicita e che quindi deve essere assunto come vero a priori.
Possiamo però provare a fornire una prova di ciò introducendo un ciclo chiamato "di Carnot"; esso è un ciclo reversibile (ossia possiamo percorrere le trasformazioni sia in senso orario che antiorario) realizzabile soltanto teoricamente composto da 4 traformazioni:

• 2 trasformazioni isotermiche (dove la temperatura rimane costante)
• 2 trasformazioni adiabatiche (dove non viene scambiato calore con l'esterno)

La peculiarità fondamentale di questa macchina è che il rendimento è in funzione soltanto delle due temperature alle quali il ciclo opera (si ricordi il carattere teorico della nostra macchina) e da ciò segue, grazie al Teorema di Carnot, che non è possibile realizzare un'altra termica con rendimento maggiore di quella di Carnot.


L'espressione di eta è quindi la seguente:

Notiamo che il rendimento è massimo se e solo se T2 = 0K, temperatura irrangingibile per ogni corpo e quindi possiamo, finalmente evidenziare un limite intrinseco alla natura e che non potrà essere superato dall'uomo indipendentemente dall'evoluzione della tecnica.