As Leis da Termodinâmica e os Limites do Rendimento das Máquinas Térmicas Michael Fowler As Leis da Termodinâmica Em 1850, Rudolph Clausius, um Físico alemão, criou a ciência da Termodinâmica. Ele estava convencido pelas experiências de Joule (ele não sabia do trabalho de Mayer nessa altura) que a energia total, incluindo cinética, potencial, eléctrica e, mais importante, calor, se conservava. Ele chamou-lhe: A primeira Lei da Termodinâmica: a energia total, incluindo calor, conserva-se sempre. Ele assumiu explicitamente que o calor era apenas a energia cinética das partículas que constituem um corpo. Ele foi o primeiro a tornar claro que a análise de Carnot do maquina térmica (o ciclo) estava quase certa excepto que o “fluido calórico”, isto é o calor, não se conservava – o calor fornecido à fonte fria era menos do que o retirado da fonte quente. A diferença era, obviamente, o trabalho realizado (numa máquina ideal). As máquinas naquele tempo eram tão ineficientes que esta perda de calor não era tão óbvia. Mas a abolição do fluido calórico em favor da conservação geral da energia levantou outro problema. A teoria dos fluidos tinha sido altamente bem sucedida na explicação do fluxo de calor em materiais sólidos, como corrente eléctrica a fluir mas com os gradientes de temperatura a substituir as quedas de potencial, materiais diferentes tendo diferentes condutividades térmicas, etc. (Nota: Fourier revolucionou a matemática inventando as séries de Fourier, o seu método de analisar o fluxo do fluido calórico. De facto Kelvin usou-as em 1862 para estimar a taxa de arrefecimento da Terra. A conclusão de Kelvin de que a Terra tinha vinte milhões de anos (se fosse muito mais velha estaria muito mais fria) originou décadas de debate com Darwinistas e geólogos, pois ambos precisavam de muito mais tempo para a evolução e a formação dos estratos rochosos respectivamente. O debate manteve-se até 1890 quando a descoberta da radioactividade tornou claro que esta insuspeita fonte de calor subterrâneo nos estava a manter quentes. Quando este calor extra foi incluído, a análise do fluxo de calor deu uma idade muito maior – e toda a gente ficou de acordo.)
Na teoria calórica, o calor flui naturalmente das altas para as baixas temperaturas, tal como um fluido flui montanha abaixo, ou como a corrente eléctrica de alta para baixa voltagem. E, claro, este fluxo de calor é invariavelmente observado na natureza. Mas a primeira lei não faz nenhuma previsão deste tipo: a conservação da energia seria igualmente satisfeita se o calor fluísse de um corpo frio para um corpo quente. Conclusão: uma vez que a teoria calórica está morta, temos de acrescentar esta direcção do fluxo e calor observada universalmente como outra lei. Aqui está: A segunda lei da termodinâmica: o calor flui de um corpo quente para um corpo frio, nunca em