3 specie = un sistema che non eroga lavoro ma che non richiede, ad esempio una ruota che gira, in assenza di attriti, perennemente.

POSSIBILE, anche se molto difficile da creare sulla terra.

 POSTULATO DI CLAUSIUS.

E' impossibile che l'unico risultato di una trasformazione sia il passaggio di calore da un corpo a temperatura più bassa a un corpo a temperatura più alta.

Questo postulato non  afferma che non si possa avere un passaggio di calore da un corpo a temperatura più bassa a uno a temperatura più alta (come avviene nelle macchine frigorifere) ma che può verificarsi solo a condizione che avvenga un fenomeno compensatore.

 

Parentesi:I frigoriferi non sono elettrodomestici molto costosi perché consumano molto meglio, non speculare sul prezzo iniziale ma puntare al risparmio totale.

Se viene dichiarato per un frigorifero un lavoro minimo più basso della soglia limite è sicuramente un imbroglio. Spesso i rivenditori usano unità di misura diverse.

 

 

LA NEGAZIONE DEL PRINCIPIO DI CLAUSIUS COMPORTA LA NEGAZIONE  DEL PRINCIPIO DI KELVIN

 

 

Se si ammette che il principio di Clausius non sia valido diviene possibile ammettere che esista un congegno capace di trasferire spontaneamente calore da una sorgente a bassa temperatura a una sorgente a temperatura maggiore.

Consideriamo allora l'insieme di tale congegno e di una macchina termica che operi reversibilmente tra le due sorgenti T1 e T2 prelevando esattamente una quantità di calore Q dalla sorgente a temperatura T2 e cedendo una quantità di calore Q' (Q'<Q) alla sorgente a temperatura T1commpiendo quindi un lavoro L=Q-Q'. Come si può notare in figura, la sorgente a temperatura T1 non fa altro che spostare del calore da un punto all' altro dell' insieme dei due congegni.

Ne segue allora che l' insieme dei due congegni costituisce un' unica macchina termica capace di prelevare una quantità di calore Q-Q' da una sola sorgente e di trasformarla in lavoro, ma questo è proprio quanto viene negato dal postulato di Kelvin!!

 

 IL PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DI UNA MACCHINA TERMICA

 Una macchina termica operante tra due sorgenti di calore è un congegno che assorbe dalla sorgente calda una quantità di calore Q1 e cede alla sorgente più fredda una quantità di calore Q2<Q1 realizzando un lavoro L=Q1-Q2.

 

Il rendimento risulta quindi espresso dalla seguente relazione 

 

Con Q2 che non potrà mai essere uguale a zero (perché in tal caso verrebbe meno la condizione di dover cedere calore  a una sorgente fredda) e quindi il rendimento risulterà sempre minore di1.

CARNOT è il primo a valutare il coefficiente economico e afferma che il valore massimo di tale coefficiente appartiene alla macchina che opera tra 2 sorgenti assegnate in modo reversibile, cioè quando è possibile invertire in ogni istante il senso della trasformazione e riportare il sistema nelle condizioni iniziali ripassando per gli stessi stati fisici.
Questa macchina che prende il nome di macchina di Carnot opera con un ciclo che comprende due trasformazioni isoterme (a temperatura costante) e due trasformazioni. adiabatiche. (cioè in cui non si scambia calore con l'esterno).
Il coefficiente economico di una macchina è indipendente dalla natura del corpo intermediario (cioè il corpo che scambia calore con tali sorgenti) e dall'ampiezza del ciclo, e dipende unicamente dalla temperatura T1 e T2 delle sorgenti con le quali avvengono gli scambi di calore.

Per cui risulta espresso:

                                     

  N.B. La macchina di Carnot opera per definizione solo tra due sorgenti.

 

 

IL PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DI UNA MACCHINA REFRIGERANTE

Il ciclo di Carnot percorso alla rovescia opererebbe non come macchina termica produttrice di lavoro meccanico ma come refrigerante.

Infatti si avrebbe un trasferimento di calore Q2 da una sorgente a temperatura T2 a una sorgente a temperatura maggiore T1,  a spese di un lavoro L fatto sul sistema.

 

 

 

In una macchina refrigerante ciò che interessa è il freddo ottenuto non il caldo quindi il mio coefficiente di rendimento estivo è dato da  

Mentre in una pompa di calore, una normale macchina frigorifera in cui ciò che mi interessa è il caldo, il coefficiente di rendimento invernale è dato da

 Si nota per cui che una macchina refrigerante d'inverno rende di più.

 

 Parentesi:

Molti condizionatori sono già invertibili, infatti attraverso un pulsante posso invertire le valvole.

Le macchine frigorifere sono danneggiate dallo stare ferme, convertire il condizionatore in pompa di calore allunga la vita  della macchina, è più ecologico perché si sottrae calore all' ambiente, non ci sono fumi di scarico, è più sicuro perché gli incendi sono impossibili al massimo salta un fusibile, ed è molto meno dispendioso perché il coefficiente di rendimento è pari a  1+hest  cioè più elevato di quello di una stufetta a corrente elettrica al massimo pari a 1.

 

ESERCIZIO:

In un serbatoio:

Dati:    Q1= 1000J                             Incognite:   L

T1= 300° C                                               Q2

T2= 20° C


RISOLUZIONE:

L= Q1 x e                            e= 1-T₂ / T₁= 1-293/573= 0,488

 

N.B. per il rapporto è necessario esprimere la temperatura in gradi Kelvin

 

L= 1000 x 0,488= 488J        Q2= (1-e) x Q1= (1-0,488) x 1000= 512J

ESERCIZIO:

In un termosifone:

Dati: Q1=1000J                  Incognite: L

        T1=70°C                                      Q2

        T2=20°C


RISOLUZIONE:

e=1- 293/343 = 0,146                       L=1000 x 0,146= 146J     

Q2= (1- 0,146)x 1000= 854J

Come si può notare il lavoro è minore del calore rilasciato infatti lo scopo di un termosifone è quello di riscaldare non di convertire Energia in lavoro.