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A. Stefanel - Termodinamica 61 Il secondo Principio della Termodinamica Termodinamica 6.

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1 A. Stefanel - Termodinamica 61 Il secondo Principio della Termodinamica Termodinamica 6

2 A. Stefanel - Termodinamica 62 Un oggetto a temperatura T maggiore della temperatura ambiente si porta spontaneamente allequilibrio con lambiente. Perché non succede mai che lambiente si riscaldi e il sistema si raffreddi? (per farlo si deve utilizzare un ciclo frigorifero: ciclo percorso in senso antiorario) In un ciclo, per fare ritornare il sistema allo stato iniziale, è sempre necessario che una parte dellenergia assorbita da un termostato a temperatura maggiore venga ceduta a un termostato a temperatura minore. V P (V1;P1) (V2;P2) (V2;P3) (V1;P4) adiabatica

3 A. Stefanel - Termodinamica 63 Perché in un ciclo il rendimento non è mai del 100%? P V (V1;P1) (V2;P2) (V3;P3) (V4;P4) adiabatica T1 (isoterma) T2 (isoterma) Es. Ciclo di Carnot Es. ciclo di Carnot Macchina termica reversibile che lavora tra le temperature di T1=100 °C T2=600 °C carnot = 1 – (373/873) = 0,43 = 373 K = 873 K carnot > reale (0,3)

4 A. Stefanel - Termodinamica 64 2° Principio della Termodinamica (enunciato di Kelvin-Planck): È impossibile realizzare una trasformazione il cui unico risultato sia quello di assorbire calore da un unico termostato caldo e di convertirlo completamente in lavoro. In un ciclo: Qa WQcWQc In generale: Qa W Cambiano le coordinate termodinamiche

5 A. Stefanel - Termodinamica 65 2° Principio della termodinamica (enunciato di Clausius): Non è possibile realizzare una trasformazione il cui unico risultato sia quello di far passare del calore da un corpo a temperatura minore a uno a temperatura maggiore. In un ciclo frigorifero: si può raffreddare un sistema riscaldando lambiente, ma ciò avviene a spese del lavoro (negativo) compiuto dal sistema durante il ciclo. V P V1V2 T1 T2 W= - A <0 A QAQA QCQC QAQA QCQC W Termostato a temperatura T1 Termostato a temperatura T2>T1

6 A. Stefanel - Termodinamica 66 2° Principio della Termodinamica (enunciato di Kelvin-Planck): È impossibile realizzare una trasformazione il cui unico risultato sia quello assorbire calore da un termostato a temperatura maggiore e di convertirlo completamente in lavoro. 2° Principio della termodinamica (enunciato di Clausius): Non è possibile realizzare una trasformazione il cui unico risultato sia quello di far passare del calore da un corpo a temperatura minore a uno a temperatura maggiore. Tutti i processi naturali sono irreversibili (luniverso non si riporta spontaneamente nello stato iniziale).

7 A. Stefanel - Termodinamica 67 Esempio: espansione libera di un gas ideale in ambiente adiabatico Stato iniziale: V=V1 Stato iniziale: V=V2

8 A. Stefanel - Termodinamica 68 Esempio: espansione libera di un gas ideale in ambiente adiabatico V1 V2 U =0 T = 0 Calcolo S: uso la trasformazione isoterma reversibile che raccorda: lo stato iniziale (V=V1; T=T1) e lo stato finale (V=V2; T =T2)

9 A. Stefanel - Termodinamica 69 Trasformazione isoterma (T = costante)(P i ;V i ;T)(P f ;V f ;T) Trasformazione reversibileW = P dV V f V f Per un gas ideale : PV = nR T W = P dV = nRT V f V f V f dV V = nRT ln (V f / V i ) U = U (T) 0 = Q –W Q = W Q = nRT ln (V f / V i ) TiTi P V PiPi ViVi VfVf PfPf W


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