Macchine termiche e frigorifere

Macchine

Motore a scoppio

Motore a vapore

Macchina di Erone

Termiche

Frigorifere

Motore diesel

Frigorifero

Condizionatore

Pompa di calore

Eolipila

I Secolo d.C.

Inventata dal matematico e ingegnere greco Erone di Alessandria. In questa semplice macchina termica, il vapore che esce dal contenitore d'acqua riscaldato è diretto tangenzialmente e causa la rotazione del contenitore. Ciò trasforma l'energia termica fornita all'acqua in energia meccanica, sotto forma di moto rotazionale. Fu ideato come "macchina del fumo" per dare un effetto di maggiore solennità ai rituali religiosi, ma poi venne usata anche come dispositivo per l'apertura delle porte dei templi

Pompa di calore

Dal punto di vista termodinamico, il ciclo di una pompa di calore è così schematizzato Le due curve colorate sono le isoterme relative al serbatoio freddo (blu) e a quello caldo (rossa), la fase di espansione è adiabatica.

Apparecchio che usa il motore elettrico di un compressore per trasferire calore da un ambiente più freddo (l'esterno della casa) a uno più caldo (l'interno della casa). Il vantaggio della pompa di calore è che basta un piccolo lavoro per trasferire una grande quantità di calore. Purtroppo però l’efficienza diminuisce quando fuori fa molto freddo.

Dal punto di vista termodinamico le quattro fasi descritte nel video corrispondono a trasfromazioni termodinamiche come in figura. 1 -> 2 Il liquido refrigerante, a causa della pressione più bassa, si espande e vaporizza parzialmente. La linea è tratteggiata in quanto, essendoci un cambiamento di stato, la trasformazione non è descrivibile in termini di coordinate termodinamiche.

Frigorifero

Dispositivo che applica un ciclo frigorifero

Motore a scoppio o a combustione interna

Il funzionamento di un motore a combustione interna può essere schematizzato tramite una serie di trasformazioni che prende il nome di ciclo Otto, anche se non è un vero e proprio ciclo termodinamico. Dato che dopo quattro trasformazioni il motore ricomincia da capo, si parla anche di motore a quattro tempi.

1877 - Costruito da Nikolaus Otto

Questo motore è ad oggi ancora utilizzato nei motorini, i tagliaerba e le motoseghe

Motore Diesel

1897 - Costruito da Rudolf Diesel

Utilizza una violenta compressione per innescare la combustione della miscela di lavoro (aria e gasolio). Le quattro fasi essenziali del ciclo possono essere schematizzate con due adiabatiche, una isobara e una isocora

Motore a vapore

Dispositivo di base

Formato da un gas contenuto in un cilindro con una parte mobile, che pone in rotazione un asse mediante un sistema biella-manovella. (B) Quando il cilindro è a contatto con una sorgente di calore il gas si espande, l'asse viene posto in rotazione e la macchina compie lavoro. (C) Quando il ciclindro è a contatto con una sorgente fredda, il volume del gas diminuisce fino a quello iniziale (D)

Questo principio trovò largo impiego nei mezzi di locomozione, che alimentavano la sorgente calda usando come combustibile il legno o il carbone. Inoltre in queste macchine non era previsto un ricircolo del vapore, che veniva semplicemente disperso nell'ambiente