Il secondo principio espresso secondo l'enunciato di Lord Kelvin e Max Planck dice:

“È impossibile che una macchina operante in un ciclo produca come solo effetto quello di sottrarre calore a un termostato e compiere una quantità equivalente di lavoro”.

Consideriamo ora una macchina di Carnot che abbia un rendimento del 40 % e una super-macchina con rendimento del 45%. La macchina di Carnot è reversibile e quindi possiamo utilizzarla come frigorifero (con rendimento 40%). Abbiniamo insieme le due macchine.

Con 40 Joule di lavoro possiamo portare 60 Joule di calore da una sorgente a temperatura bassa a una a temperatura alta (per esempio una pompa di calore può portare 100 Joule all'interno di una casa prendendo 60 Joule dall'esterno e compiendo 40 Joule di lavoro). Adesso utilizziamo i 100 Joule ottenuti per alimentare il motore con rendimento del 45%.

Il risultato sarà che otterremo un lavoro di 45 Joule e verranno restituiti 55 Joule alla sorgente fredda.

Il bilancio complessivo di questa macchina combinata è che abbiamo preso 5 Joule da una sorgente e li abbiamo trasformati in lavoro e quindi abbiamo contraddetto il secondo principio come sopra enunciato. Questo è successo perché abbiamo considerato una super-macchina con rendimento superiore a quello del ciclo di Carnot!

(Osservazione: questa spiegazione è stata elaborata prendendo spunto dal manuale di fisica di Paul Tipler, Invito alla fisica, edizione Zanichelli, pag. 327 e 332).

In particolare, l'aspetto più interessante e importante da capire del secondo principio della termodinamica è che pone dei limiti alle trasformazioni termodinamiche che vanno oltre a quelli imposti dalla conservazione dell'energia.

Più in generale, la consapevolezza dell'esistenza di limiti è veramente importante nell'educazione scientifica. Vi sono limiti legati alla struttura e alle caratteristiche dell'Universo e allo stato delle nostre attuali conoscenze; esempi sono la velocità della luce, la determinazione della posizione di un elettrone o il potere risolutivo dell'occhio.

Esistono limiti di altro tipo legati alla complessità del sistema Terra e tra essi possiamo citare i fattori limitanti dell'accrescimento della popolazione umana o quelli legati all'impatto ambientale dovuto all'emissione di determinate sostanze nell'ecosistema.

Studiando i limiti dei singoli fenomeni elementari si possono meglio comprendere i limiti di situazioni complesse. In entrambi i casi si può vedere come la scienza considera i limiti delle sue scoperte e, di conseguenza, pone dei limiti alle sue applicazioni ma permette anche di capire quali sono i possibili limiti dell'intervento dell'uomo sulla natura.