8. Il secondo principio della termodinamica 6-10. Il ciclo di Carnot

8.6 Il teorema di Carnot Macchina reversibile: dispositivo che compie una trasformazione ciclica reversibile Teorema di Carnot: data una macchina reversibile, il cui rendimento è ηR, e un’altra macchina qualunque, con rendimento ηS, che lavora tra le stesse due temperature, si ha sempre ηR ≥ ηS Inoltre, tutte le macchine reversibili che lavorano tra le stesse temperature hanno lo stesso rendimento

8.7 Il ciclo di Carnot Macchina reversibile che funzione con due sorgenti di calore Espansione isoterma (T2) Espansione adiabatica Compressione isoterma (T1) Compressione adiabatica La machina compie un lavoro Wtot = Q2 – Q1 uguale all’area della parte di piano racchiusa dal grafico della trasformazione ciclica

8.8 Rendimento macchine termiche Secondo il teorema di Carnot, i rendimenti di tutte le macchine termiche reversibili che lavorano tra due temperature T1 e T2 sono uguali Limite massimo per l’efficienza delle macchine reali Motore a quattro tempi: due parti principali: il carburatore, nel quale si forma la miscela di aria e benzina, e il cilindro, nel quale l’esplosione della miscela provoca il movimento del pistone, collegato, attraverso l’albero motore, alle ruote.

Il motore dell’automobile

8.9 Il motore dell’automobile Ciclo Otto: Aspirazione (isobara): il pistone si abbassa e aspira, attraverso la valvola, la miscela proveniente dal carburatore Compressione (adiabatica): la valvola si chiude e il pistone comprime la miscela Esplosione ed espansione (isocòra + adiabatica): la scintilla della candela fa esplodere la miscela; l’aumento di temperatura, quindi di pressione, spinge in giù il pistone (fase attiva: il calore si converte in lavoro) Uscita ed espulsione (isocora + isobara): i gas combusti vengono espulsi dal cilindro Esempio 4 pag. 184

8.10 Il frigorifero Dispositivo che trasferisce calore da una sorgente a bassa temperatura (interno) a una sorgente a temperatura più alta (esterno) mediante impiego di lavoro esterno (energia elettrica). Trasformazione ciclica percorsa nel senso opposto. Il compressore comprime il vapore fino a farlo liquefare con sviluppo di calore che, nel serpentino esterno, viene ceduto all’ambiente. Il liquido passa poi nell’evaporatore posto all’interno, dove, non più compresso, passa di nuovo allo stato di vapore, assorbendo calore dall’ambiente interno. Il ciclo viene ripetuto più volte. Gas refrigerante: sostanza che liquefa a temperatura ordinaria con pressioni relativamente basse. Esempio, il freon (buco nell’ozono).