Bir sistemin iş yapabilme kapasitesi maksimum hangi seviyeye kadar çıkabilir?

Bu konu termodinamiğin en önemli konularından birisi. Bir sistemin ikinci kanun analizini yaparak ekserjisini(enerjinin faydalı iş üretebilen kısmına ekserji denir kabaca) bulabiliriz. Sistemin iş yapış biçimine göre maksimum iş kapasitesine farklı isimler veriliyor termodinamikte. Eğer izantropik bir enerji dönüşüm varsa (ısıyı işe çeviren bir sistem tasarlıyorsanız genelde izantropiktir) bu sistemin maksimum verimini "Carnot Verimi" olarak bulabilirsiniz. Bir jet motorunun, otomobil motorunun, klimanın vs. maksimum ideal iş kapasitesi bu yöntemle hesaplanabilir. 

Eğer izotermal bir dönüşüm varsa basıncın veya hacmin sabitliğine göre "Gibbs serbest enerjisi" veya "Helmholtz serbest enerjisi" hesaplanarak iş kapasitesi bulunur. Örneğin bir bataryanın kimyasal enerjisini elektrik enerjisine çevirmesi izotermal bir kimyasal tepkime olarak modellenebilir. Bu durumda sıcaklıkla birlikte ortam basıncınıda sabit kabul ederek batarya dönüşüm verimini ideal maksimum noktasında "Gibbs Serbest Enerjisi" olarak hesaplayabilirsiniz.

Yine örneğin amacınız ses dalgasının yapabileceği işi bulmak ise bu durumda da sıcaklıkla birlikte hacmi sabit varsayarak "Helmholtz Serbest Enerjisini" bularak bir kestirim yapabilirsiniz. Bu yöntem mesela egzoz veya ateşli silah susturucularının tasarımında kullanılıyor.

Tüm bunlara ek olarak işin göreli mekanik olarak da gidebileceği yerler var, nükleer iş veya kütle-enerji denkliği gibi yerlere gitmeye temel termodinamiği daha oturtmadan gitmenin anlamı yok.