Ricerca sulla termodinamica

Materie:Appunti
Categoria:Fisica

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Testo

* Una macchina è un qualsiasi sistema capace di trasformare energia in lavoro utile o in altra forma di energia utilizzabile. Chiamiamo rendimento (U) di una macchina il rapporto tra l’energia trasformata e quella fornita: ) =
* In ogni macchina la quantità di energia in entrata corrisponde sempre all’energia in uscita sotto forma di lavoro, calore o di altra forma di energia. Si può anche dire che: “in ogni trasformazione, la somma del lavoro prodotto e della variazione di energia interna del sistema è equivalente all’energia fornita”: E = L + U.
* La situazione si fa particolarmente sconveniente quando la macchina è termica; Detti:
• A = l’area della superficie del pistone;
• P = la differenza tra la pressione interna ed esterna;
• F = la forza esercitata dalle molecole del gas sul pistone si ha:
P = e quindi F = P x A. Il lavoro corrispondente vale: L = F x FS = P x A x S = P x V
Tutto questo andrebbe bene se lo spostamento del pistone fosse infinitesimo, ma questo non accade; quindi il lavoro viene definito come la somma di tanti lavori infinitesimi, cioè l’area sottesa dalla curva della pressione in funzione del volume del gas.
* In ogni trasformazione di energia da una forma all’altra, o di energia in lavoro, una parte dell’energia iniziale viene trasformata in calore.
* Da qui scaturisce il secondo principio della termodinamica: “il calore passa spontaneamente solo da un corpo a temperatura più alta a quello a temperatura più bassa”.
* Pertanto, mentre è possibile trasformare in calore tutto il lavoro fornito, non è possibile trasformare in lavoro tutta l’energia fornita dalla macchina. Ne segue che una macchina termica ha sempre il rendimento minore a 1.
* Poiché il calore passa spontaneamente solo da un corpo a temperatura più alta ad uno con temperatura più bassa, ed ogni scambio di calore cessa quando i corpi raggiungono equilibrio termico, il valore dell’energia dipende dalla temperatura alla quale il calore viene fornito; l’energia termica a bassa temperatura è energia degradata, dispersa nell’ambiente.
* Una misura di questa perdita è data dal rapporto tra il calore prodotto o non più utilizzato in una trasformazione e la temperatura alla quale viene immesso nell’ambiente: il rapporto prende il nome di entropia.
* In natura le trasformazioni fisiche e le reazioni chimiche manifestano spesso una direzione privilegiata ed evolvono spontaneamente in n verso, me non nel verso opposto; diciamo che esse sono irreversibili. La reazione opposta può avvenire, ma è assai improbabile che essa si verifichi spontaneamente e riusciamo talvolta ad ottenerla solo fornendo energia dall’esterno. L’entropia è una funzione matematica che ci dà indicazioni sulla spontaneità con la quale avvengono le trasformazioni e le reazioni e quindi sulla probabilità del loro evento, in quanto tutte le trasformazioni spontanee evolvono nel verso che comporta un aumento dell’entropia (cioè una degradazione dell’energia).

* Una macchina è un qualsiasi sistema capace di trasformare energia in lavoro utile o in altra forma di energia utilizzabile. Chiamiamo rendimento (U) di una macchina il rapporto tra l’energia trasformata e quella fornita: ) =
* In ogni macchina la quantità di energia in entrata corrisponde sempre all’energia in uscita sotto forma di lavoro, calore o di altra forma di energia. Si può anche dire che: “in ogni trasformazione, la somma del lavoro prodotto e della variazione di energia interna del sistema è equivalente all’energia fornita”: E = L + U.
* La situazione si fa particolarmente sconveniente quando la macchina è termica; Detti:
• A = l’area della superficie del pistone;
• P = la differenza tra la pressione interna ed esterna;
• F = la forza esercitata dalle molecole del gas sul pistone si ha:
P = e quindi F = P x A. Il lavoro corrispondente vale: L = F x FS = P x A x S = P x V
Tutto questo andrebbe bene se lo spostamento del pistone fosse infinitesimo, ma questo non accade; quindi il lavoro viene definito come la somma di tanti lavori infinitesimi, cioè l’area sottesa dalla curva della pressione in funzione del volume del gas.
* In ogni trasformazione di energia da una forma all’altra, o di energia in lavoro, una parte dell’energia iniziale viene trasformata in calore.
* Da qui scaturisce il secondo principio della termodinamica: “il calore passa spontaneamente solo da un corpo a temperatura più alta a quello a temperatura più bassa”.
* Pertanto, mentre è possibile trasformare in calore tutto il lavoro fornito, non è possibile trasformare in lavoro tutta l’energia fornita dalla macchina. Ne segue che una macchina termica ha sempre il rendimento minore a 1.
* Poiché il calore passa spontaneamente solo da un corpo a temperatura più alta ad uno con temperatura più bassa, ed ogni scambio di calore cessa quando i corpi raggiungono equilibrio termico, il valore dell’energia dipende dalla temperatura alla quale il calore viene fornito; l’energia termica a bassa temperatura è energia degradata, dispersa nell’ambiente.
* Una misura di questa perdita è data dal rapporto tra il calore prodotto o non più utilizzato in una trasformazione e la temperatura alla quale viene immesso nell’ambiente: il rapporto prende il nome di entropia.
* In natura le trasformazioni fisiche e le reazioni chimiche manifestano spesso una direzione privilegiata ed evolvono spontaneamente in n verso, me non nel verso opposto; diciamo che esse sono irreversibili. La reazione opposta può avvenire, ma è assai improbabile che essa si verifichi spontaneamente e riusciamo talvolta ad ottenerla solo fornendo energia dall’esterno. L’entropia è una funzione matematica che ci dà indicazioni sulla spontaneità con la quale avvengono le trasformazioni e le reazioni e quindi sulla probabilità del loro evento, in quanto tutte le trasformazioni spontanee evolvono nel verso che comporta un aumento dell’entropia (cioè una degradazione dell’energia).

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