Seconda legge della termodinamica

Materie:	Appunti
Categoria:	Fisica
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Data:	09.05.2007
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LA SECONDA LEGGE DELLA TERMODINAMICA
Ordine e disordine
Ogni microstato ha la medesima probabilità di comparsa.
Se vengono lanciate N monetine, il valore atteso per il numero di teste è .
Se si permette a un sistema, composto da più parti, di compiere una trasformazione spontanea, il sistema si trasformerà in modo tale da aumentare il suo disordine o almeno da non diminuirlo.
Seconda legge della termodinamica
Enunciato di Clausius: è impossibile realizzare un processo in cui unico risultato sia il passaggio del calore da un corpo a un altro a temperatura più alta.
Formulazione probalistica: un sistema isolato tende ad andare verso lo stato di massimo disordine, che è anche lo stato più probabile.
Formulazione entropica: quando un sistema isolato subisce una trasformazione, la usa variazione di entropia è maggiore o uguale a zero.
Enunciato di Lord Kelvin: non può esistere in natura un dispositivo che come unico risultato converta in lavoro meccanico il 100% del calore a esso fornito.
L’entropia
Si chiama trasformazione reversibile un processo termodinamico che porta un sistema dallo stato A allo stato B mediante una successione di stati di equilibrio, senza dispersione di energia, in modo tale che sia possibile riportare il sistema dallo stato B allo stato A compiendo il processo in senso inverso.
L’entropia è una funzione termodinamica di stato, definita in termini di numero di microstati che formano il particolare microstato di cui S rappresenta l’entropia:
S = k ln S
Supponendo che una certa quantità di calore Q venga fornita, in modo reversibile, a un sistema la cui temperatura sia mantenuta costante al valore T, si definisce variazione di entropia S del sistema, relativa a tale trasformazione reversibile, il rapporto:

riformulazione seconda legge della termodinamica:
Se un sistema isolato va incontro a una trasformazione spontanea, esso si trasforma in modo che la sua entropia aumenti o, al più, rimanga invariata.
Le macchine termiche: trasformazione di energia termica in lavoro
Per macchina termica si intende un dispositivo capace di convertire l’energia termica in lavoro meccanico.
rendimento =
Il rendimento Massimo di una macchina termica che sia operante tra le due temperature Tfredda e Tcalda risulta essere:
rendimento massimo =
Macchina di Carnot
Prima fase:

Seconda fase:

Terza fase:

Quarta fase:

Coefficiente di guadagno delle macchine frigorifere e delle pompe di calore
Il coefficiente di guadagno Cg è
Cg (macchina frigorifera) =
Cg (pompa di calore) =
I valori massimi, relativi al coefficiente di guadagno di macchine frigorifere e alle pompe di calore che risultano operanti tra le due temperature Tfredda e Tcalda, sono:
Cg massimo (macchina frigorifera) =
Cg massimo (pompa di calore) =

LA SECONDA LEGGE DELLA TERMODINAMICA
Ordine e disordine
Ogni microstato ha la medesima probabilità di comparsa.
Se vengono lanciate N monetine, il valore atteso per il numero di teste è .
Se si permette a un sistema, composto da più parti, di compiere una trasformazione spontanea, il sistema si trasformerà in modo tale da aumentare il suo disordine o almeno da non diminuirlo.
Seconda legge della termodinamica
Enunciato di Clausius: è impossibile realizzare un processo in cui unico risultato sia il passaggio del calore da un corpo a un altro a temperatura più alta.
Formulazione probalistica: un sistema isolato tende ad andare verso lo stato di massimo disordine, che è anche lo stato più probabile.
Formulazione entropica: quando un sistema isolato subisce una trasformazione, la usa variazione di entropia è maggiore o uguale a zero.
Enunciato di Lord Kelvin: non può esistere in natura un dispositivo che come unico risultato converta in lavoro meccanico il 100% del calore a esso fornito.
L’entropia
Si chiama trasformazione reversibile un processo termodinamico che porta un sistema dallo stato A allo stato B mediante una successione di stati di equilibrio, senza dispersione di energia, in modo tale che sia possibile riportare il sistema dallo stato B allo stato A compiendo il processo in senso inverso.
L’entropia è una funzione termodinamica di stato, definita in termini di numero di microstati che formano il particolare microstato di cui S rappresenta l’entropia:
S = k ln S
Supponendo che una certa quantità di calore Q venga fornita, in modo reversibile, a un sistema la cui temperatura sia mantenuta costante al valore T, si definisce variazione di entropia S del sistema, relativa a tale trasformazione reversibile, il rapporto:

riformulazione seconda legge della termodinamica:
Se un sistema isolato va incontro a una trasformazione spontanea, esso si trasforma in modo che la sua entropia aumenti o, al più, rimanga invariata.
Le macchine termiche: trasformazione di energia termica in lavoro
Per macchina termica si intende un dispositivo capace di convertire l’energia termica in lavoro meccanico.
rendimento =
Il rendimento Massimo di una macchina termica che sia operante tra le due temperature Tfredda e Tcalda risulta essere:
rendimento massimo =
Macchina di Carnot
Prima fase:

Seconda fase:

Terza fase:

Quarta fase:

Coefficiente di guadagno delle macchine frigorifere e delle pompe di calore
Il coefficiente di guadagno Cg è
Cg (macchina frigorifera) =
Cg (pompa di calore) =
I valori massimi, relativi al coefficiente di guadagno di macchine frigorifere e alle pompe di calore che risultano operanti tra le due temperature Tfredda e Tcalda, sono:
Cg massimo (macchina frigorifera) =
Cg massimo (pompa di calore) =