máquina de vapor, es aplicable a cualquier cambio si se expresa en términos abstractos. Visto de otra manera, una máquina de vapor
encierra la esencia del cambio por más concreta (el hierro fundido es muy concreto) que sea como representación del mismo. Todas
nuestras acciones, empezando por la digestión y terminando por la creación artística, quedan plasmadas por la esencia del
funcionamiento de una máquina de vapor.
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Una máquina de vapor, en su forma real y no abstracta, es un artefacto de hierro, con caldera, válvulas, tuberías y émbolos. Pero la
esencia de una máquina de vapor es algo más simple: consiste en una fuente de energía caliente (es decir, a temperatura alta), un
mecanismo émbolo o turbina que transforma el trabajo, y un sumidero frío: un lugar donde deshacerse de la energía no utilizada, en
forma de calor. Este último componente, el sumidero frío, no siempre se distingue fácilmente, ya que pudiera ser sin más el medio
circundante y no algo específicamente diseñado.
A principios del siglo
XIX
los franceses observaban con inquietud, desde el otro lado del Canal, la industrialización de Inglaterra; envidiaban su eficiencia
creciente en el uso de las abundantes reservas de carbón para el bombeo de agua desde sus minas y para el funcionamiento de sus
fábricas emergentes. Un joven ingeniero francés, Sadi Carnot (1796-1832), buscaba contribuir al poder económico y militar de su
país a través del análisis de las restricciones sobre el rendimiento de una máquina de vapor. La sabiduría popular de la época buscaba un
mayor rendimiento mediante la elección de una sustancia de trabajo diferente —quizá aire, en vez de vapor— o esforzándose por
trabajar a presiones peligrosamente elevadas. Carnot partió de la concepción, aceptada en aquellos tiempos, del calor como una especie
de fluido imponderable; porque fluía de lo caliente a lo frío y era capaz de realizar trabajo, exactamente igual que el agua que fluía
gradiente abajo podía mover un molino de agua. Aunque el modelo era incorrecto, Carnot fue capaz de establecer un resultado
correcto y sorprendente: el rendimiento de una máquina de vapor ideal no depende de la sustancia de trabajo, tan solo depende de las
temperaturas a las que el calor se suministra desde la fuente de calor y se desecha en el sumidero frío.
El «rendimiento» de una máquina de vapor —en general, de una máquina térmica— se define como el cociente entre el trabajo
que produce y el calor que absorbe. Así, si todo el calor se transformara en trabajo, sin que parte de él fuera desechado, el rendimiento
sería 1. Si solo se transforma en trabajo la mitad de la energía suministrada, mientras que la otra mitad se cede al medio, el
rendimiento será 0,5 (lo que normalmente se expresa como porcentaje, 50%). Carnot fue capaz de deducir la siguiente expresión