apreciable del calor absorbido se sigue descargando en el escape de una máquina a baja
temperatura, sin que pueda convertirse en energía mecánica. Sigue siendo una esperanza
diseñar una maquina que pueda tomar calor de un depósito abundante, como el océano y
convertirlo íntegramente en un trabajo útil. Entonces no seria necesario contar con una
fuente de calor una temperatura más alta que el medio ambiente quemando combustibles.
De la misma manera, podría esperarse, que se diseñara un refrigerador que simplemente
transporte calor, desde un cuerpo frío a un cuerpo caliente, sin que tenga que gastarse
trabajo exterior. Ninguna de estas aspiraciones ambiciosas violan la primera ley de la
termodinámica. La máquina térmica sólo podría convertir energía calorífica completamente
en energía mecánica, conservándose la energía total del proceso. En el refrigerador
simplemente se transmitiría la energía calorifica de un cuerpo frío a un cuerpo caliente, sin
que se perdiera la energía en el proceso. Nunca se ha logrado ninguna de estas aspiraciones
y hay razones para que se crea que nunca se alcanzarán.
La segunda ley de la termodinámica, que es una generalización de la experiencia, es
una exposición cuyos artificios de aplicación no existen. Se tienen muchos enunciados de la
segunda ley, cada uno de los cuales hace destacar un aspecto de ella, pero se puede
demostrar que son equivalentes entre sí. Clausius la enuncio como sigue: No es posible para
una máquina cíclica llevar continuamente calor de un cuerpo a otro que esté a
temperatura más alta, sin que al mismo tiempo se produzca otro efecto (de
compensación). Este enunciado desecha la posibilidad de nuestro ambicioso refrigerador, ya
que éste implica que para transmitir calor continuamente de un objeto frío a un objeto
caliente, es necesario proporcionar trabajo de un agente exterior. Por nuestra experiencia
sabemos que cuando dos cuerpos se encuentran en contacto fluye calor del cuerpo
caliente al cuerpo frío. En este caso, la segunda ley elimina la posibilidad de que la energía
fluya del cuerpo frío al cuerpo caliente y así determina la dirección de la transmisión del
calor. La dirección se puede invertir solamente por medio de gasto de un trabajo.
Kelvin (con Planck) enuncio la segunda ley con palabras equivalentes a las
siguientes: es completamente imposible realizar una transformación cuyo único resultado
final sea el de cambiar en trabajo el calor extraído de una fuente que se encuentre a la
misma temperatura. Este enunciado elimina nuestras ambiciones de la máquina térmica, ya
que implica que no podemos producir trabajo mecánico sacando calor de un solo depósito,
sin devolver ninguna cantidad de calor a un depósito que esté a una temperatura más baja.
Para demostrar que los dos enunciados son equivalentes, necesitamos demostrar
que si cualquiera de los enunciados es falso, el otro también debe serlo. Supóngase que es
falso el enunciado de Clausius, de tal manera que se pudieran tener un refrigerador que
opere sin que se consuma el trabajo. Podemos usar una máquina ordinaria para extraer calor
de un cuerpo caliente, con el objeto de hacer trabajo y devolver parte del calor a un
cuerpo frío.
Pero conectando nuestro refrigerador “perfecto” al sistema, este calor se regresaría
al cuerpo caliente, sin gasto de trabajo, quedando así utilizable de nuevo para su uso en
una máquina térmica. De aquí que la combinación de una maquina ordinaria y el refrigerador
“perfecto” formará una máquina térmica que infringe el enunciado de Kelvin-Planck. O
podemos invertir el argumento. Si el enunciado Kelvin-Planck fuera incorrecto, podríamos
tener una máquina térmica que sencillamente tome calor de una fuente y lo convierta por
completo en trabajo. Conectando esta máquina térmica “perfecta” a un refrigerador
ordinario, podemos extraer calor de un cuerpo ordinario, podemos extraer calor de un
cuerpo caliente, convertirlo completamente en trabajo, usar este trabajo para mover un
refrigerador ordinario, extraer calor de un cuerpo frío, y entregarlo con el trabajo convertido
en calor por el refrigerador, al cuerpo caliente. El resultado neto es una transmisión de calor
desde un cuerpo frío, a un cuerpo caliente, sin gastar trabajo, lo infringe el enunciado de
Clausius.
