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CAPITOLO ,-
|
Macchine termiche, entropia e secondo principio della termodinamica
T
c
(Fig. 18.5a). Durante l’espansione il gas assorbe l’energia |
Q
c
| dal termostato
attraverso la base del cilindro e compie il lavoro
W
AB
sollevando il pistone.
2. Nella trasformazione
B
A
C
(Fig. 18.5b), la base del cilindro viene isolata termi-
camente e il gas si espande adiabaticamente, cioè non avviene alcuno scambio di
energia sotto forma di calore. Durante l’espansione, la temperatura si abbassa dal
valore
T
c
al valore
T
f
e il gas compie il lavoro
W
BC
sollevando il pistone.
3. Nella trasformazione
C
A
D
(Fig. 18.5c), il gas è posto in contatto termico con il
termostato a temperatura
T
f
ed è compresso isotermicamente alla temperatura
T
f
. Durante questo tempo, il gas cede la quantità di energia |
Q
f
| al termostato e
viene compiuto sul gas il lavoro
W
CD
.
4. Nella trasformazione
#nale,
D
A
A
(Fig. 18.5d), la base del cilindro viene di nuo-
vo isolata termicamente e il gas è compresso adiabaticamente. La temperatura
del gas aumenta al valore
T
c
, e il lavoro svolto sul gas è
W
DA
.
Carnot ha dimostrato che per questo ciclo,
u
Q
f
u
u
Q
c
u
5
T
f
T
c
12.4
b
Quindi, usando l’Equazione 18.2, il rendimento di una macchina di Carnot è
e
C
5
1
2
T
f
T
c
12.5
b
Figura ,-.
Il ciclo di Carnot. Le lettere
A
,
B
,
C
e
D
si riferiscono agli stati del gas mostrati nella
Figura 18.6. I vettori sul pistone indicano il verso del moto del pistone durante ciascuna trasformazione.
Sadi Carnot
Ingegnere francese (+,-./+012)
Fisico francese, Carnot fu il primo a
mostrare la relazione quantitativa fra
lavoro e calore. Nel 789: pubblicò
il suo unico lavoro,
Riflessioni sulla
potenza motrice del calore
, in cui
analizzò criticamente l’importanza
industriale, politica, ed economica
della macchina a vapore. In esso, egli
definì il lavoro come “peso sollevato
ad una altezza”.
© INTERFOTO/Alamy
V
P
W
mac
D
B
Q
c
T
c
T
f
Q
f
C
A
Il lavoro compiuto
durante il ciclo è pari
all’area racchiusa nel
diagramma
PV
del
ciclo.
Figura ,-.6
Il diagramma
PV
per un ciclo di Carnot. Il lavoro
complessivo compiuto
W
mac
è
pari all’energia trasferita nella
macchina di Carnot in un ciclo,
|
Q
c
|
2
|
Q
f
|.
a
c
b
d
Ciclo
Q
0
Q
0
Termostato a
T
c
Q
c
Termostato a
T
f
Q
f
A
S
B
Il gas compie una
espansione isoterma.
C
S
D
Il gas compie una
compressione
isoterma.
B
S
C
Il gas compie
un’espansione
adiabatica.
D
S
A
Il gas compie una
compressione
adiabatica.
Isolamento termico
Isolamento termico