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IL 2° PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA Antonio Ballarin Denti Rudolf J. Clausius (1822 - 1888) Enunciati – Ciclo di Carnot.

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1 IL 2° PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA Antonio Ballarin Denti Rudolf J. Clausius ( ) Enunciati – Ciclo di Carnot

2 II° legge La II° legge è un enunciato assiomatico (principio) in cui si definisce lirreversibilità assoluta di certi fenomeni macroscopici (solo alcuni dei quali apparentemente irreversibili) e fornisce inoltre un indicatore (la funzione di stato ENTROPIA) che indica la direzione di evoluzione spontanea dei fenomeni I° legge La I° legge è laffermazione del principio di conservazione II° legge dellenergia. La II° legge spiega come si trasformano i sistemi: - con quali vincoli per W e Q - in quale direzione O meglio:

3 ENUNCIATI DI CLAUSIUS E KELVIN Servono a negare la possibilità di un moto perpetuo di 2° specie Enunciato di Kelvin È impossibile realizzare un processo il cui unico risultato sia una trasformazione in lavoro di calore proveniente da una sola sorgente a temperatura uniforme Enunciato di Clausius È impossibile realizzare un processo il cui unico risultato sia un passaggio di calore da un corpo più freddo ad uno più caldo

4 EQUIVALENTEMENTE: Non è possibile costruire una macchina ciclica in grado di convertire completamente energia termica in lavoro meccanico Non è possibile costruire una macchina il cui unico effetto è di trasferire energia termica verso una temperatura maggiore SORGENTE DI CALORE: definizione Un corpo che può cedere o assorbire calore restando sempre ad una temperatura fissa in virtù della sua grande capacità termica.

5 MACCHINE TERMICHE Strumenti che trasformano parzialmente il calore in lavoro: Utilizzano una sostanza di lavoro e svolgono in generale un processo ciclico in cui la sostanza di lavoro ritorna ciclicamente allo stesso stato. Q H = Q C + W e Il rendimento (efficienza e) è definito come: QHQHQHQH QCQCQCQC W Tutte le macchine termiche lavorano tra almeno 2 sorgenti di calore

6 LA MACCHINA DI CARNOT Espansione isoterma Espansione adiabatica Compressione adiabatica Compressione isoterma V S A C B D QHQHQHQH QCQCQCQC

7 Nessuna macchina termica può avere il 100% di efficienza. La macchina più efficiente possibile è quella di Carnot che lavora con processi reversibili con due trasformazioni isoterme e due adiabatiche tra due fonti di calore a T=T H e T=T C. V A C B D QHQHQHQH QCQCQCQC Nei tratti AB e CD, T = cost (E = 0)

8 Sapendo che in una trasformazione adiabatica si ha : con

9 Ovvero: Se Q C >0 allora Q C =|Q CD | e: Pertanto il rendimento della macchina di Carnot sarà:

10 EQUIVALENZA TRA I DUE ENUNCIATI Se il postulato di Kelvin è falso Se il postulato di Kelvin è falso Se il postulato di Clausius è falso Se il postulato di Clausius è falso LQT C Otteniamo L da Q ceduto da una sola sorgente a T C. Ritrasformiamo LQT H T H >T C L in Q e cediamolo a una sorgente a T H tale che T H >T C. Allora abbiamo TT trasferito calore da un corpo a T minore ad un corpo a T maggiore contraddicendo il postulato di Clausius. Trasferiamo il calore Q C da una sorgente T C ad una T H con T H > T C. Con una macchina di Carnot utilizziamo Q C per ottenere un lavoro L trasferendo a T C il calore residuo Q C. La sorgente T H riceve e cede lo stesso calore Q C e non subisce altre variazioni. La sorgente T C invece cede Q C e riceve Q C con Q C > Q C e si produce un lavoro L = Q C – Q C a spese di una sola sorgente T C contraddicendo il postulato di Kelvin.


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