RELAZIONE PRATICA-CICLI TERMODINAMICI

RELAZIONE PRATICA-CICLI TERMODINAMICI

Immagina di avere una macchina, tipo un motore a scoppio della tua Vespa, che trasforma il calore in lavoro (cioè, fa muovere la Vespa!). Un ciclo termodinamico è una sequenza di trasformazioni che riporta il sistema (il motore) al suo stato iniziale o che descrive le trasformazioni subite da un sistema a seguito di uno scambio di energia con altri sistemi o con l’ambiente.

Per comprendere meglio la termodinamica si può conseguire la visione del video attraverso il seguente link

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Termodinamica

-PRINCIPIO 0

Studia le leggi con cui i sistemi scambiano energia con l'ambiente

-1° PRINCIPIO

cedono o ricevono

-2° PRINCIPIO

PRINCIPIO 0 DELLA TERMODINAMICA

Se un corpo A è in equilibrio termico con un corpo C, e se un corpo B è in equilibrio termico con C, allora anche A è in equilibrio con B.

l’equilibrio termico tra due corpi è lo stato in cui non avviene alcuno scambio di calore tra essi.

TRASFORMAZIONE REALE

È un cambiamento che lo stato di un sistema termodinamico subisce in un tempo limitato.

TRASFORMAZIONE QUASISTATICA

È una trasformazione ideale ottenuta passando per un numero molto grande di stati di equilibrio intermedi, ognuno dei quali differisce pochissimo da quello precedente.

LAVORO TERMODINAMICO

W=pΔV

variazione di volume m^3

lavoro compiuto dal gas J (joule)

pressione Pa (Pascal)

1° PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

ΔQ =ΔL+ΔU

Variazione di energia interna del gas

Calore scambiato dal gas

Rappresenta il lavoro scambiato fra il gas e l'organo mobile della macchina

PER CAPIRE MEGLIO IL 1° PRINCIPIO…

Consideriamo un sistema costituito da un cilindro munito di stantuffo mobile, all’interno del quale vi è un gas. Riscaldiamo il gas.

OSSERVAZIONE: Il gas si riscalda, quindi compie lavoro e assorbe calore.

IN GENERALE: se riscaldo il gas —> calore assorbito Q+ se raffreddo il gas -> calore assorbito Q- se riscaldo il gas esso si espande > W+

APPLICAZIONI DEL 1° PRINCIPIO:

TRASFORMAZIONI ISOBARE

TRASFORMAZIONI ISOTERME

TRASFORMAZIONI ISOCORE

TRASFORMAZIONI CICLICHE

TRASFORMAZIONI ADIABATICHE

LE MACCHINE TERMICHE

sono dispositivi che sfruttano le trasformazioni cicliche di un gas per convertire in maniera continuativa calore in lavoro. Es.: centrale termoelettrica; frigorifero; motore a combustione interna

MODELLO PIÚ SEMPLICE DI MACCHINA TERMICA

SORGENTE IDEALE DI CALORE: è un sistema capace di mantenere una temperatura fissata, qualunque sia la quantità di calore che esso cede o acquista.

2° PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

ENUNCIATO SECONDO KELVIN: è impossibile realizzare una trasformazione il cui unico risultato sia quello di assorbire una determinata quantità di calore da un’unica sorgente e trasformarla integralmente in lavoro.

W=Q2- |Q1|

2° PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

ENUNCIATO SECONDO CLAUSIUS: è impossibile realizzare una trasformazione il cui unico risultato sia quello di far passare calore da un corpo più freddo a uno più caldo.

i due enunciati sono equivalenti

RENDIMENTO DI UNA MACCHINA TERMICA

è un parametro che mostra quanto è efficace la macchina termica

ղ = W/Q2

calore scambiato con la sorgente calda J (joule)

rendimento (numero puro: è un valore compreso tra 0 e 1)

lavoro J (joule)

TERZO ENUNCIATO: è impossibile progettare una macchina termica che abbia rendimento pari a 1.

CICLO DI CARNOT

Una macchina termica reversibile che lavora tra due temperature e che funziona tramite un gas perfetto si dice macchina di Carnot.

Il ciclo di Carnot è costituito da 4 trasformazioni consecutive: - espansione isoterma [tratto 2-3] (Il lavoro è positivo,perciò viene trasmesso); - espansione adiabatica [tratto 3-4](Il lavoro è positivo,perciò viene trasmesso); - compressione isoterma [tratto 4-1](Il lavoro è negativo,perciò proviene dall'esterno); - compressione adiabatica [tratto 1-2] (Il lavoro è negativo,perciò proviene dall'esterno)

RENDIMENTO DELLA MACCHINA DI CARNOT

è un parametro che mostra quanto è efficace la macchina termica

ղ = 1-(|T1|/T2)

temperatura della sorgente calda K (Kelvin)

rendimento (numero puro: è un valore compreso tra 0 e 1)

temperatura assoluta della sorgente fredda K (Kelvin)

TRASFORMAZIONI ISOCORE (v=cost)

ΔU = Q - W

in questo caso, il lavoro è uguale a zero, in quanto il volume rimane costante e il gas non si espande.

TRASFORMAZIONI CICLICHE

ΔU=Uf-Ui=0 ⇒

Q = W

è un numero di trasformazioni tali che lo stato finale coincide con quello iniziale

TRASFORMAZIONI ISOBARE (p=cost)

ΔU + W = Q

TRASFORMAZIONI ADIABATICHE

- sono trasformazioni in cui varia tutto (p, V, T); - avvengono così velocemente che non c’è scambio di calore.

espansione adiabatica

W>0; T<0

Q= 0 ⇒

ΔL=-ΔU

compressione adiabatica

W<0; T>0

TRASFORMAZIONI ISOTERME (pv=cost)

ΔU = 0 ⇒ Q - W = 0

ΔQ = ΔL

siccome la variazione dell’energia interna dipende da T, e T è costante, la variazione dell’energia interna è uguale a zero