Lezione 27

In questa lezione vediamo il secondo principio della termodinamica in tutta la sua bellezza.
Lo utilizzeremo nelle lezioni successive per fare dei ragionamenti sui cicli termici.

Secondo principio della termodinamica

Il secondo principio della termodinamica non ha una dimostrazione. E’ un principio visto sperimentalmente e dato per vero perché nessuno è mai riuscito a confutarlo sperimentalmente.

Il secondo principio della termodinamica dice così:

“Non esiste un processo che abbia come unico risultato la produzione di lavoro dal calore prelevato da una sola sorgente“.

Vi starete chiedendo cosa vuol dire.

Significa che con una macchina termica non possiamo solo produrre lavoro grazie al calore estratto da una sorgente calda, bensì dobbiamo dare una parte del calore estratto ad una sorgente fredda.
Con i disegni è più chiaro.

E’ POSSIBILE:

NON è POSSIBILE:

Questo principio sembra innocuo ma ci sta dicendo che non possiamo convertire tutto il calore in lavoro. Una parte del calore che stiamo usando non si convertirà in lavoro e quindi bisognerà darlo ad una sorgente a temperatura più bassa perché se non lo diamo all’altra sorgente la nostra macchina si surriscalda.

Vedremo poi come, grazie a (sarebbe meglio dire “per colpa di”) questo principio, si ottiene che il rendimento di una macchina è sempre minore di 1.

ATTENZIONE: il secondo principio è molto chiaro: dal calore NON si può produrre solo lavoro. Però dal lavoro si può produrre solo calore, quindi state attenti. 

un altro enunciato

Il secondo principio ha molti enunciati che sono tra loro equivalenti.

Nel precedente enunciato abbiamo parlato di una macchina termica, adesso vediamo qual è l’enunciato per una macchina frigorifera.

Questo enunciato è più intuitivo.

“Non è possibile ottenere un processo che abbia come unico risultato il trasporto di calore da una sorgente a bassa temperatura ad una sorgente ad alta temperatura“.

Ci sta dicendo che il calore non va da solo dal corpo più freddo al corpo più caldo, dobbiamo dargli una spintarella noi. Tale spinta è il lavoro speso.

Con le immagini ci chiariamo ancora di più la situazione.

E’ POSSIBILE:

NON è POSSIBILE:

E’ importante notare che i due enunciati sono equivalenti.

convenzioni

Noi consideriamo macchine termiche (se consideriamo macchine frigorifere lo dirò) con due sorgenti. Le sorgenti sono a temperatura T₂ e T₁, con T₂ > T₁. La sorgente 2 è la sorgente calda, la sorgente 1 è la sorgente fredda.

Come vedete, la sorgente calda cede calore Q₂. Una parte di questo calore viene trasformato in lavoro, mentre la parte restante (che è Q₁) viene dato alla sorgente fredda.

• W > 0 perché è fatto dalla macchina.
• Q₂ > 0 perché assorbito dalla macchina.
• Q₁ < 0 perché ceduto dalla macchina alla sorgente fredda.
• W = Q = Q₂ + Q₁
• η = 1 + Q₁/Q₂

Detto questo, passiamo alla prossima lezione in cui metteremo in pratica questi concetti.

 

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