i processi termodinamici possiedono una proprietà che non è descritta dal primo principio e che indica la
presenza di altre leggi
l’irreversibilità delle trasformazioni termodinamiche
Secondo Principio della Termodinamica
3) un gas è contenuto in un recipiente comunicante attraverso un foro con un
2) due corpi a temperatura diversa sono posti in contatto termico: dopo un certo
1) un pendolo oscilla nell’aria di una stanza: dopo un certo tempo il pendolo si
secondo recipiente dopo un certo tempo il gas riempie anche il secondo
ferma e permane indefinitamente in quiete
indefinitamente in tale condizionetempo i due corpi raggiungono la stessa temperatura e restano
recipiente permanendo indefinitamente in tale condizione
questi processi avvengono in accordo con il primo principio della termodinamica,ma non possono essere
ma non possono essere invertiti
invertiti,
dunque , fino a prova contraria, dobbiamo assumere che i processi inversi siano
impossibili
allora la trasformazione T’
che porta sistema ed ambiente dato che questa proprietà non e’ ovvia,
una trasformazione T è reversibilereversibile quando la trasformazione T’ che riporta
in sintesi affermiamo che :
affermare che questi processi non sono invertibili significa affermare che sono trasformazioni
termodinamiche notiamo che i processi possibili 1) 2) e 3)
e non è descritta dal primo principio
che, con scambi di energia nella forma di lavoro e calore,
stato Si allo stato Sf
trasformazione non è possibile
leggi che governano gli scambi energetici tra sistema ed ambiente
sistema ed ambiente negli stati iniziali è possibile,
i fenomeni meccanici sono tutti invertibili, dobbiamo concludere che esistono altre
portano il sistema dallo e l’ambiente dallo stato Ai allo stato Af (tutti stati di equilibrio)
Si, Ai agli stati Sf, Af è possibile
se la trasformazione termodinamica T che porta sistema ed ambiente dagli stati
dagli stati Sf, Af agli stati Si, Ai è impossibile
e’ irreversibile quando tale irreversibile
in fisica fondamentale questi stessi fatti sono descritti ricorrendo al concetto di simmetria e si dice che
possiamo allora affermare che le trasformazioni termodinamiche che si svolgono
• le trasformazioni termodinamiche sono temporalmente asimmetriche (possiedono una “freccia” temporale)
sulla base di questa definizione possiamo affermare che
• un fenomeno F è temporalmente simmetrico (non possiede una freccia temporale) quando il fenomeno F’ ottenuto invertendo il senso dello scorrere del tempo è possibile. temporalmente
asimmetrico (possiede una freccia temporale) quando tale fenomeno F’ non è possibile.
NOTA
in natura sono irreversibiliirreversibili
Si Ai
Sf Af
L Q
ossia con una trasformazione nella quale le coordinate
il complesso di queste trasformazioni è vietato (trasformazione irreversibile)
il calore potrebbe essere trasformato in lavoro in un nuovo
dunque la trasformazione vietata è l’ultimaultima
con una trasformazione ciclicatrasformazione ciclica
essere riportato nello stato iniziale compiendo lavoro
l’ambiente, l’aria , potrebbe essere riportato nello stato
da Si Ai ad Sf Af
in generale lo svolgimento del processo fa evolvere allo stesso tempo il sistema e l’ambientefacendoli passare
d’altra parte le prime due sono sicuramente permesse
Trasformazioni impossibili
nel caso del pendolo :
iniziale prelevando caloreil sistema, il pendolo, potrebbe
termodinamiche degli stati iniziale e finale coincidono
sistema termodinamico che faccia parte dell’ ambiente,
in tutti i casi la causa della irreversibilità delle
trasformazioni termodinamiche può essere ricondottaalla impossibilità della conversione,
ed elevando a principio
in un sistema termodinamico che scambi calore con una sorgente ad una
L Q
secondo principio della termodinamica secondo principio della termodinamica
una frazione di calore venga nel corso della quale, come unico risultato,
nella forma di Kelvin-Plank :
nel corso di una trasformazione ciclica, questo fatto si perviene al
di calore in lavoro
T
Trasformazioni cicliche con scambi di calore ad una singola temperatura
singola temperatura è impossibile realizzare una trasformazione ciclica
convertita in lavoro
affinchè gli scambi di calore tra sistema ed ambiente avvengano a temperatura
si definisce termostato un sistema che possa acquistare o si definisce termostato un sistema che possa acquistare o cedere una quantita’
cedere una quantita’
illimitata di calore senza cambiare la propria temperatura illimitata di calore senza cambiare la propria temperatura
per es. cio’ implica che non sia possibile realizzare un motore (sistema termodinamico ciclico)
che prelevi calore da una sola
fonte di calore , es. il mare, e lo trasformi integralmente in lavoro
integralmente in lavoro non e’ stato l’
unico
unico risultato
integralmente in lavoro
trasformazione del calore fornito da una sola sorgente,
mentre il secondo principiounicounico
afferma che e’ impossibile realizzare un processo il cui
ma in questo caso il sistema non torna
quindi la trasformazione di calore
attenzione: in una trasformazione non ciclica e’ possibile che il calore venga
trasformato integralmente in lavoro,
risultato sia la
o “ termostato “definita si introduce il concetto di “ serbatoio di calore ” o “ sorgente di calore ”
esattamente alla situazione iniziale
non vi sono altre trasformazioni cicliche con scambi di calore ad una singola temperatura
trasformazioni cicliche con scambi di calore ad una singola temperatura
volendo crescere in complessita’ dobbiamo considerare trasformazioni cicliche con scambi di calore tra le due temperaturedue
Q
T
L Q
T
L
nel seguito ogniqualvolta venga scambiato calore tra nel seguito ogniqualvolta venga scambiato calore tra sistema ed ambiente
sistema ed ambiente
supporremo che l’ambiente operi come termostato ad una ben precisa temperatura supporremo che l’ambiente operi come termostato ad una ben precisa temperatura
attenzione :
trasformazioni permesse dal II principio
Q2
T2
T1
Q1 L
T1
L Q2
Q1
T2
Trasformazioni cicliche con scambi di calore a due temperature
Q2 T2
T1 Q1
L
2 1
T T
Q L
Q
T2
L Q2
T2
T1
Q1 L
T2
T1
Q1
combinando trasformazioni permesse con trasformazioni vietate si ottengono
contenuto fisico di quella ad una temperatura dell’enunciato di Kelvin-Plank.
in un sistema termodinamico è impossibile realizzare una trasformazione
e costituisce il secondo principio della termodinamica nella forma di Clausius:
1 2
L Q Q Q Q Q2 1
questa nuova trasformazione vietata a due temperature ha lo stesso
il cui unico risultato sia quello di trasferire spontaneamente calore
da un corpo freddo ad uno caldo
altre trasformazioni vietate
2 1
Q L Q quin
di ma L Q
Rendimento di un ciclo termico Rendimento di un ciclo termico
Qa la somma dei calori assorbiti dal sistema ( Qa > 0 )
Lf la somma dei lavori fatti dal sistema ( L Lf > 0 )s la somma dei lavori subiti dal sistema
( Ls < 0 )
durante un ciclo di
funzionamento siano:
in un ciclo termico si definisce rendimento la quantita’:
f s a c
a a
L L Q Q
Q Q
Qc la somma dei calori ceduti dal sistema ( Qc < 0 )
f s
a a
L L L
Q Q
L Q
ail rendimento e’ la percentuale di calore assorbito che viene trasformato in lavoro
da si deduce che
1 c
a
Q
Q Q2
T2
T1 Q1
2 1 1 L
2 2
Q ( Q ) 1 Q
Q Q
0 1
il calore assorbito non viene mai integralmente trasformato in lavoro
sperimentalmente si osserva che il rendimento e’
il primo principio della termodinamica si riferisce alla variazione di energia per
l’energia interna di un sistema termodinamico energia interna
si puo’
indifferentemente
il secondo principio si riferisce alla trasformazione
trasformazione
mezzo di scambi di calore e lavoro e asserisce che
trasformazione
trasformazione del calore in lavoro
ma precisa che calore e lavoro
Vai all’esercizio 6-T-B--OK--Rendimento-di-un-ciclo-termico
scambiare lavoro o calore con l’ambiente circostante per modificare
di lavoro in calore ed alla il secondo principio non nega il primo,
non sono trasformabili indifferentemente
sempre
sempre inferiore all’unita’
l’uno nell’altro
