Carnot e il secondo principio

La domanda

Mi è capitato di leggere in un libro questa frase: “Come ci insegna Carnot: esiste una quantità limitata e decrescente di energia libera in un mondo finito e dunque un limite teorico del sistema…” Volevo sapere qualcosa di più su questo aspetto e volevo che mi collegasse un po’ questo argomento alle mie conoscenze di fisica sulla termodinamica legate al 2° principio.

Matteo, Liceo Classico

La mia risposta

Forse sarebbe stato utile conoscere gli estremi del libro citato da Marco. In ogni caso, il collegamento fra l’opera di Sadi Carnot (1796-1832) e il secondo principio della termodinamica è strettissimo, in quanto è appunto a Carnot che si attribuisce la scoperta di tale principio, nel testo Réflexions sur la puissance motrice du feu del 1824. In questo lavoro Carnot presenta il ciclo termodinamico reversibile che porta il suo nome (ciclo di Carnot) e dimostra con il suo aiuto un teorema fondamentale sull’efficienza delle macchine termiche. Qualsiasi libro di testo di fisica discute questi argomenti.

Carnot sviluppò il suo teorema in base ai concetti relativi all’energia propri della sua epoca: in particolare, trattava il calore come un fluido immateriale e indistruttibile. Oggi il secondo principio può essere presentato servendosi di grandezze sviluppate successivamente, come l’entropia o l’energia libera. La frase riportata da Marco sembra adoperare appunto il termine «energia libera» nell’accezione termodinamica moderna. Un ottimo testo su cui approfondire questo argomento è il libro di Peter Atkins, Le regole del gioco, che contiene una splendida discussione dei concetti fondamentali della termodinamica e dei suoi principi, dal principio zero al terzo principio.

A chiunque sia interessato a questi argomenti voglio anche consigliare, non un altro libro, ma un bellissimo cartone animato di Katsuhiro Otomo, Steamboy, nel quale sono evocati con una precisione e vividezza inaspettata i concetti della termodinamica quali erano intesi all’incirca all’epoca di Carnot.

Per la lezione