Macchina a un solo serbatoio

Testo

Un fisico afferma: “Ho trovato una macchina che assorbe calore da un solo serbatoio caldo e produce lavoro, senza cedere calore ad altri serbatoi”. Discuti se è possibile in linea di principio. Quale formulazione del secondo principio nega esplicitamente questo dispositivo?

Soluzione

Il dispositivo è impossibile: sarebbe un moto perpetuo di seconda specie. Analisi entropica di un ciclo: dopo un ciclo la macchina torna nello stato iniziale, quindi $\Delta S_\text{macchina}=0$. L’unico corpo che cambia entropia è il serbatoio, che cede il calore $Q$ alla temperatura $T$: $\Delta S_\text{univ}=\Delta S_\text{serb}=-\frac{Q}{T}<0$ Una variazione negativa dell’entropia dell’universo viola il secondo principio. È esattamente ciò che nega l’enunciato di Kelvin–Planck: è impossibile una trasformazione ciclica il cui unico risultato sia la conversione integrale in lavoro del calore assorbito da un’unica sorgente. $\ev{\text{Kelvin–Planck}}$

Collegamenti

Argomenti: Entropia e secondo principio Concetti: Secondo principio della termodinamica Competenze: Analisi di casi limite e fantafisica Oggetti: Macchina termica