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I principi fondamentali della termodinamica, in particolare quelli enunciati da clausius e kelvin-planck, e descrive il ciclo di carnot, una macchina termica ideale che opera con il massimo rendimento tra una sorgente ad alta temperatura e una sorgente a bassa temperatura. Il documento include anche spiegazioni sui processi reversibili, il rendimento delle macchine termiche, il ciclo di carnot e il ciclo di otto, nonché approfondimenti sui cicli diesel teorico e reale, il ciclo brayton e il ciclo rankine.
Tipologia: Slide
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È impossibile costruire un dispositivo che operi in un ciclo e il cui unico effetto sia di trasferire calore da un corpo freddo ad un corpo caldo ENUCIATO DI KELVIN PLANCK È impossibile costruire una macchina termica che estragga energia da una sorgente, lavori e non trasferisca calore a una sorgente a bassa temperatura. CIÒ VUOL DIRE CHE NON ESISTE UNA MACCHINA TERMICA AL 100% EFFICIENTE
Per compiere lavoro con continuità, le macchine termiche devono lavorare in modo ciclico. Il rendimento di una macchina termica è il rapporto fra il lavoro eseguito e il calore assorbito durante il ciclo. 𝒂𝒂
l concetto di REVERSIBILITÀ si introduce per trattare la macchia a maggiore rendimento che possa essere costruita, una macchina cioè costruita con soli processi reversibili capace di operare ciclicamente. Un PROCESSO REVERSIBILE è definito come un processo che, quando avviene, può essere invertito senza variazioni nel sistema o nell’ambiente circostante. Per MACCHINA CICLICA, s’intende un sistema che, partendo da uno stato iniziale, evolve ad uno stato finale seguendo una determinata trasformazione e ritorna allo stato iniziale seguendo un’altra trasformazione, quasi sempre differente dalla prima, pronto a ripetersi nuovamente. Quando tutte le trasformazioni che costituiscono il ciclo sono reversibili, si dice che il sistema costituisce una macchina reversibile, in quanto, per riportare l’ambiente nelle condizioni iniziali, ovvero invertire gli effetti della macchina, basterà invertire il senso di percorrenza del ciclo.
È la macchina termica che opera con il massimo rendimento tra una sorgente ad alta temperatura e una sorgente a bassa temperatura È una macchina IDEALE che usa PROCESSI REVERSIBILI per formare il ciclo operativo, è perciò detta macchina reversibile. La macchina di Carnot è molto utile poiché il suo rendimento stabilisce il rendimento massimo possibile di una qualsiasi macchina reale. Se la macchina reale, che opera entro gli stessi limiti della macchina di Carnot, ha un rendimento significativamente più basso di quello della macchina di Carnot, allora sono possibili dei miglioramenti.
Processo B C ESPANSIONE ADIABATICA Il cilindro è completamente isolato in modo che nessuna trasmissione di calore sia possibile durante il processo reversibile. Il pistone nel cilindro continua ad andare verso destra ed il volume aumenta.
Processo C D COMPRESSIONE ISOTERMA Il calore QF è ceduto in modo reversibile a una sorgente a bassa temperatura a una temperatura costante TF. Il pistone nel cilindro comprime il gas ideale ed il volume diminuisce. In questo tratto la temperatura del punto C è uguale alla temperatura del punto D e vale TF ΔU = 0 - Q = L
Applicando il primo principio della TD si nota che:
Il RENDIMENTO del ciclo di Carnot si calcola come:
Postulato 1: È impossibile costruire una macchina che operi fra due temperature che abbia un rendimento maggiore di quello della macchina di Carnot Postulato 2: Il rendimento della macchina di Carnot non dipende dalla sostanza di lavoro usato o da una particolare caratteristica di progettazione della macchina Postulato 3: Tutte le macchine reversibili che operano tra due temperature hanno lo stesso rendimento di una macchina di Carnot che operi fra le stesse temperature.
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Rappresentazione del ciclo di Carnot nel piano T – E (Temperatura – Entropia) attraverso il DIAGRAMMA ENTROPICO Assume l’aspetto di un rettangolo in quanto, nel piano (T – E) le isoterme sono costituite da rette orizzontali e le adiabatiche da rette verticali. Il calore speso QC viene somministrato lungo la trasformazione isoterma a temperatura maggiore (TC) e quello perduto QF viene ceduto lungo isoterma a temperatura minore (TF) EA E EB Qc QF
1 → 2 : compressione adiabatica del gas con aumento di pressione e temperatura, diminuzione del volume con spesa del lavoro di compressione L12 (negativo). 2 → 3 : isocora con introduzione della quantità di calore Q 1 : aumentano temperatura e pressione. 3 → 4 : adiabatica di espansione con diminuzione di pressione e temperatura ed aumento del volume dove si ottiene il lavoro di espansione L34 (positivo). 4 → 1 : trasformazione isocora con sottrazione della quantità di calore Q 2 con diminuzione di pressione e temperatura.
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Aspirazione (Isobara) Scoppio (Isocora) compressione (Adiabatica) Espansione (Adiabatica)
