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Fu Sadi Carnot nel 1824 il primo a dimostrare che si può ottenere lavoro dallo scambio di calore tra due sorgenti a temperature differenti. Attraverso il teorema di Carnot e la macchina ideale di Carnot (basata sul Ciclo di Carnot) quantificò questo lavoro e introdusse il concetto di rendimento termodinamico (In una conversione di energia il rendimento termodinamico è il rapporto tra il lavoro meccanico compiuto e l'energia fornita al sistema)

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LA TERMODINAMICA  è la branca della fisica che descrive le trasformazioni subite da un sistema macroscopico a seguito di uno scambio di energia con altri sistemi o con l'ambiente.

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un sistema è detto isolato quando, attraverso il suo contorno non viene scambiata né materia, né energia, sotto forma sia di lavoro meccanico, sia di calore; un sistema in cui avvengano scambi di materia con l'ambiente esterno è detto aperto e scambia anche energia sotto forma di lavoro e/o calore, mentre un sistema viene definito chiuso quando scambia energia con l'ambiente, ma manca lo scambio di materia con questo.

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I principi della termodinamica, scoperti nel XIX secolo, regolano tutte le trasformazioni termodinamiche e ne fissano i limiti.

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Secondo la definizione di Max Planck:

« È impossibile ottenere il moto perpetuo per via meccanica, termica, chimica, o qualsiasi altro metodo, ossia è impossibile costruire un motore che lavori continuamente e produca dal nulla lavoro o energia cinetica »

(Max Planck, Trattato sulla termodinamica, Dover (NY), 1945)

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Il principio zero della termodinamica postula che: se i corpi A e B sono entrambi in equilibrio termico con un terzo corpo C, allora lo sono anche fra loro. Questo principio, in sostanza, dichiara che due sistemi in equilibrio termico sono detti avere la stessa temperatura

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È strettamente legato al secondo, e in alcuni casi è considerato come una conseguenza di quest'ultimo. Può essere enunciato dicendo che è impossibile raggiungere lo zero assoluto con un numero finito di trasformazioni e fornisce una precisa definizione della grandezza chiamata entropia. Esso afferma inoltre che l'entropia per un solido perfettamente cristallino, alla temperatura di 0 Kelvin è pari a 0.

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Vi sono due generi di moto perpetuo, chiamati rispettivamente di prima e di seconda specie a seconda che la loro realizzazione violi il primo e il secondo principio della termodinamica o solamente il secondo.

••Prima specie

Appartiene a questa categoria una macchina che produce in uscita una quantità di energia maggiore di quella che consuma. Una volta avviata la macchina funzionerebbe indefinitamente autoalimentandosi, in evidente violazione del principio di conservazione dell'energia (primo principio della termodinamica)

••Seconda specie

Dispositivi di questo tipo dovrebbero essere in grado di convertire interamente il calore estratto da una sola sorgente a temperatura costante in lavoro. Ciò è in violazione del secondo principio della termodinamica: un esempio di macchina a moto perpetuo di seconda specie è una nave capace di avanzare sottraendo calore all'acqua del mare e trasformando quel calore in energia cinetica, senza cederne una parte ad una sorgente più fredda dell'acqua di mare.

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Il secondo principio della termodinamica è un principio della termodinamica classica che enuncia l'irreversibilità di molti eventi termodinamici, quali ad esempio il passaggio di calore da un corpo caldo ad un corpo freddo.
Il secondo principio delle termodinamica di fatto sancisce l'impossibilità di realizzare il moto perpetuo.

1) Formulazione di Kelvin - Planck : è impossibile realizzare una macchina che possa trasformare completamente in lavoro il calore assorbito da una sola sorgente.
In altre parole una macchina termica per operare ciclicamente necessita di almeno 2 scambi di calore con 2 sorgenti a diversa temperature, con assorbimento dalla più calda e cessione alla più fredda.

2) Formulazione di Clausius : è impossibile il passaggio spontaneo di calore da un corpo a temperatura minore ad un corpo a temperatura maggiore quando la loro differenza di temperatura è finita.

3) In fisica oggi però si preferisce utilizzare la formulazione basata sull'entropia : in un sistema isolato l'entropia è una funzione non decrescente nel tempo.

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Clausius affermò che il contenuto di energia dell’Universo, considerato come sistema isolato, è costante. Questa affermazione rappresenta una delle possibili definizioni del primo principio della termodinamica. Un’altra definizione è la seguente:
L’energia può essere convertita da una forma all’altra, ma non può essere né creata né distrutta.
Il primo principio, quindi, esprime la conservazione dell’energia totale del sistema e dell’ambiente. Da ciò deriva che: l’aumento (o la diminuzione) dell’energia di un sistema è uguale alla quantità di energia che esso riceve (o cede) medianti scambi di calore o di lavoro con l’ambiente.
È importante notare che l’energia totale (energia del sistema più energia dell’ambiente) rimane sempre costante.

fonti:skuola.net

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Per sistema termodinamico s'intende una porzione di materia idealmente isolata da tutto il resto dell'universo, considerato come ambiente esterno. Di un sistema termodinamico, nell'accezione classica della termodinamica, non interessano le caratteristiche microscopiche costitutive, ovvero l'intima struttura interna, ma solo le caratteristiche globali, macroscopiche, identificate mediante grandezze quali la pressione o la temperatura, dette coordinate termodinamiche.