SECONDA LEGGE DELLA TERMODINAMICA

La seconda Legge della Termodinamica si occupa del rendimento di una macchina termodinamica. Una macchina termodinamica è un dispositivo che utilizza una trasformazione ciclica per trasformare il calore assorbito in lavoro.

Quando due corpi sono posti a contatto il calore fluisce spontaneamente dal corpo caldo a quello freddo.
 
1° ENUNCIATO DI CLASIUS: E' impossibile il passaggio spontaneo di CALORE da un corpo "freddo" ad un corpo "caldo". 

Il passaggio di calore dal corpo caldo a quello freddo può avvenire sono a condizione di compiere lavoro (es. frigorifero). Questo fatto si può esprimere dicendo che:
 
2° ENUNCIATO DI CLASIUS: e' impossibile realizzare una trasformazione termodinamica il CUI UNICO risultato sia il passaggio di calore da un corpo "freddo" ad uno "caldo". 

Una MACCHINA TERMICA compie sempre un CICLO termodinamico assorbendo calore da una sorgente CALDA, compiendo LAVORO e cedendo una parte di calore ad una sorgente FREDDA. 

Quindi non è possibile trasformare tutto il calore assorbito in lavoro. Una parte del calore è necessariamente scartata. 

Il lavoro è quindi dato dalla differenza tra il calore assorbito e il calore ceduto
L=Qass-Qced
 

Quindi solo una parte del calore assorbito viene trasformato in lavoro mentre la parte rimanente  è ceduto alla sorgente fredda (di solito l'ambiente esterno)

ENUNCIATO DI KELVIN: E' impossibile realizzare una macchina termica il cui UNICO risultato sia produrre lavoro scambiando calore con una SOLA sorgente .

Quindi per il funzionamento di una macchina termica servono sempre due sorgenti: una sorgente fredda e una calda. 
Si dimostra l'equivalenza dei due enunciati.

Il RENDIMENDO di una macchina dipende dalla quantità di  calore assorbito che si riesce a  trasformare in lavoro.

Quindi L'enunciato di Kelvin dice che il rendimento di una macchina è sempre strettamente minore di 1. 

Si può anche dire che non esiste il moto perpetua di seconda specie. 

Il rendimento della macchina a vapore di Watt non superava il 4%. 

IL PRINCIPIO DI CARNOT

Esiste un limite invalicabile al rendimento di una macchina termica, che dipende soltanto dalla differenza di temperatura delle sorgenti con cui la macchina scambia calore.

Ad esempio con due sorgenti a 20°C (ambiente) e t=200°C il valore limite del rendimento è dato da 1- 293/473=0,38 ossia 38%. Quindi in questo caso è impossibile costruire una macchina con un rendimento maggiore o uguale al 38%.

Se invece considero 20°C e 400°C il rendimento massimo ideale è circa 56%. Questo esempio fa capire che il rendimento limite invalicabile sale all'aumentare della differenza di temperatura tra le due sorgenti.

Quindi una quantità di calore assorbita da due sorgenti con temperatura diversa Tc e Tf non si riesce a sfruttare se la differenza tra le due sorgenti è minima. 
Per questo motivo, il calore ceduto dal motore all'ambiente viene considerato degradato, fino a diventare inutilizzabile. Allo stesso modo, il mare contiene un'enorme quantità di calore, pur avendo una temperatura relativamente bassa, grazie al suo elevato calore specifico e alla sua grande massa. Ma è possibile sfruttare questa energia termica per produrre lavoro? In teoria sì, ma in pratica risulta estremamente difficile, poiché la temperatura dell'ambiente esterno è molto simile a quella dell'acqua, rendendo complesso il trasferimento di calore utile per generare energia

Il rendimento massimo (quello con =) si ottiene con la macchina ideale di Carnot che compie un ciclo termodinamico reversibile formato da due trasformazioni isoterme e due adiabatiche.
Il rendimento di una macchina reale che compie trasformazioni irreversibili è sempre minore del rendimento della macchina di Carnot

Anche in questo caso utile usare l'analogia tra calore e  i fluidi per capire la situazione. Un fluido scorre solo se è presente un dislivello e in questo caso la corrente si può sfruttare per generare lavoro. (ad esempio: un mulino). Tanto maggiore il dislivello tanto maggiore è il lavoro che si può generare. Se ora pensiamo al calore come un fluido possiamo dire che il calore scorre spontaneamente tra due corpi se è presente un "dislivello" di temperatura. L Un questo caso è possibile creare lavoro. La capacità di compiere lavoro è tanto maggiore quanto è maggiore questo "dislivello" di temperatura.