Como todos sabemos, el calor puede ser convertido en trabajo, pero según el físico francés Nicolas Léonard Sadi Carnot (1796-1832), existen restricciones para que ello ocurra. Carnot fue, además de físico, matemático e ingeniero, rindiéndole un gran éxito al hacer los primeros ensayos sobre las máquinas térmicas, pero también al presentar los fundamentos de la segunda ley de la termodinámica.
Según este famoso físico, para que haya continua conversión de calor en trabajo, un sistema como, por ejemplo, una máquina térmica, debe realizar ciclos continuos entre una fuente caliente y una fuente fría, las cuales deben permanecer con temperaturas constantes. Por cada ciclo, el sistema retira una cantidad de calor de la fuente caliente. Parte de ese calor es convertido en trabajo y lo restante es rechazado para la fuente fría. Por ejemplo: en un automóvil la fuente caliente es el motor, lugar donde ocurre la quema de combustible. De esa fuente es retirada, en cada ciclo, una cantidad de calor. Parte del mismo es convertido en trabajo mecánico, haciendo que el automóvil se mueva; recibe la denominación de energía útil. La otra parte del calor que no es aprovechada es rechazada para la atmósfera, fuente fría, por medio del escape.
Esquema de funcionamento de la máquina térmica
Toda máquina térmica tiene un rendimiento y éste puede ser calculado a través de la relación entre el trabajo realizado por la máquina, energía útil, y la cantidad de calor que fue retirada de la fuente caliente, energía total, matemáticamente tenemos:
r = T/Q1
Donde T es el trabajo realizado por la máquina y Q1 es la cantidad de calor eliminado de la fuente caliente. Lo ideal sería que las máquinas térmicas tuviesen 100% de rendimiento, pero en la práctica eso no sucede. En realidad, las máquinas poseen rendimiento muy inferior a ese valor, por ejemplo: los motores que funcionan con gasolina poseen rendimiento que no supera el 30%; ya los motores a diesel son más eficientes, el rendimiento llega cerca del 40% y en las locomotoras a vapor existe un rendimiento de aproximadamente el 10%.
