FISICA AMBIENTALE 1 Lezioni 3 – 4 Rischiami di termodinamica.

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1 FISICA AMBIENTALE 1 Lezioni 3 – 4 Rischiami di termodinamica

2 ENERGIA DA COMBUSTIBILI FOSSILI Richiami di Termodinamica Dispositivi di conversione del calore: - Macchine termiche - Macchine a combustione interna - Trasporto di calore: le Heat Pipes

3 Le variabili termodinamiche fondamentali: p, V, T Richiami di termodinamica 1° LEGGE DELLA TERMODINAMICA (conservazione dellenergia) Vediamo come entrano in gioco nelle trasformazioni termodinamiche dello stato di un sistema. Il calore Q fornito ad un sistema viene usato per aumentarne lenergia interna U e per compiere lavoro W.

4 In particolare vale: Lavoro di espansione + altro lavoro introduciamo altre grandezze fondamentali: ENTROPIA S ENTALPIA H ENERGIA LIBERA F Funzioni di stato

5 ENTROPIA S : il moto perpetuo? E impossibile trasformare completamente lenergia da una forma in un'altra senza che una parte venga dissipata come calore. 2° LEGGE DELLA TERMODINAMICA Il segno = vale per processi reversibili

6 In un sistema chiuso lentropia non può diminuire S Radiazione tempo Formazione di materia Atomi e molecole Lentropia dellUniverso cresce

7 ENTALPIA H È la quantità di calore scambiata in una trasformazione a p costante. Per una trasformazione infinitesima: È molto comune che il processo sia isobarico: (reazioni chimiche, cambiamenti di stato…) Definizione di ENTALPIA

8 Una certa massa si espande attraverso fori sottili da sinistra a destra in un processo adiabatico Q = 0 APPLICAZIONE V1V1 V2V2 p 2 = costp 1 = cost Lentalpia è la stessa nelle due situazioni strozzatura

9 ENERGIA LIBERA F Per una trasformazione infinitesima reversibile: Se il processo è a T costante: È il lavoro fatto sul sistema a T costante ENERGIA LIBERA

10 ENERGIA LIBERA DI GIBBS Per una trasformazione infinitesima: Per una trasformazione isoterma e isobarica: È lincremento del lavoro non di espansione definizione (Fuel Cells….)

11 Lavoro non di espansione i = potenziali chimici Corrispondono allincremento di U (hanno la dimensione di un energia) quando vengono aggiunte dn i moli di una sostanza i.

12 CONVERSIONE DEL CALORE IN LAVORO E VICEVERSA Durante un ciclo completo, una macchina termica che estrae Q da un serbatoio a T H e compie un lavoro W cede ( 1° legge ) Q - W ad un serbatoio a T C < T H. Per la 2° legge : Più in generale: THTH TCTC QQ-WQ-W

13 Per produrre elettricità in una centrale elettrica, si sottopone carbone o altri carburanti al processo di combustione. Il Q prodotto è usato per convertire 1acqua in vapore che diretto sulle eliche di una turbina la mette in rotazione. Lenergia meccanica associata a questa rotazione è usata per azionare un generatore di corrente. Esempio Macchina a vapore a caldaia orizzontale

14 Efficienza termica Efficienza massima di Carnot benefici costi