Ugo Amaldi L’Amaldi per i licei scientifici.blu
CAPITOLO 13 Il secondo principio della termodinamica
I concetti fondamentali
Completa le seguenti frasi
1
Una macchina termica è un dispositivo che realizza una serie di trasformazioni
……………………………,
2
capace di trasformare …………………………… in …………………………….
Si chiama sorgente ideale di calore un sistema fisico capace di mantenere una
……………………………
fissata qualunque sia la quantità di …………………………… che esso cede o acquista.
3
Enunciato di lord Kelvin del secondo principio della termodinamica: è
realizzare una trasformazione il cui
determinata quantità di
……………………………
……………………………
……………………………
risultato sia quello di assorbire una
da un’unica
……………………………
e trasformarla
integralmente in …………………………….
4
Enunciato di Clausius del secondo principio della termodinamica: è
una trasformazione il cui
…………………………
……………………………
risultato sia quello di fare passare
realizzare
……………………………
da un corpo più …………………………… a uno più …………………………….
5
Il rendimento di una macchina termica è dato dal rapporto tra il …………………………… totale prodotto
dalla macchina in un
……………………………,
6
……………………………
……………………………
che, in un
la macchina preleva alla sorgente …………………………….
Per una macchina termica che funziona prelevando da una
……………………………
Q2 e restituendo all’altra
Q1, il …………………………… è
7
e la quantità di
……………………………
……………………………
la quantità di
la quantità di
……………………………
.
Terzo enunciato del secondo principio della termodinamica: è
……………………………
progettare una
macchina termica che abbia …………………………… uguale a …………………………….
8
Una trasformazione è
……………………………
l’…………………………… esterno nello stato
se è possibile riportare sia il
……………………………,
……………………………,
sia
ripercorrendo la trasformazione
…………………………….
9
Una macchina reversibile è un dispositivo che compie una trasformazione
…………………………….
……………………………
e
Se tale trasformazione è composta di più fasi, ognuna di esse deve essere una
trasformazione …………………………….
Nome…………………………… Cognome……….…………………. Classe………… Data……………
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CAPITOLO 13 Il secondo principio della termodinamica
10 Il rendimento R della macchina reversibile è sempre …………………………… o uguale del rendimento
S di un’altra macchina, e i due rendimenti sono …………………………… soltanto se anche la macchina
S è …………………………….
11 Il ciclo di Carnot è costituito da quattro fasi consecutive: un’espansione
un’espansione
……………………………,
una compressione
……………………………
……………………………,
e una compressione
…………………………….
12 Il rendimento della macchina di Carnot a gas …………………………… è …………………………… dove T1 è la
temperatura in
……………………………
……………………………
della sorgente
……………………………
e T2 è la temperatura in
della sorgente …………………………….
13 Il coefficiente di prestazione di un frigorifero è dato dal rapporto tra il calore sottratto alla
sorgente …………………………… e il …………………………… esterno compiuto a tale scopo:
.
Esercizi
1
Una macchina termica assorbe in un ciclo una quantità di calore pari a 4300 J dalla sorgente
calda e cede una quantità di calore pari a 3,5  103 J alla sorgente fredda.
 Calcola il lavoro compiuto dalla macchina.
2
Una macchina termica assorbe in un ciclo una quantità di calore pari a 1,2  103 J dalla sorgente
calda e compie un lavoro di 780 J.
 Calcola la quantità di calore ceduta alla sorgente fredda.
3
Una macchina termica opera fra due sorgenti: a ogni ciclo preleva 3,6 kJ dalla più calda e ne
rilascia 2600 J alla più fredda.
 Calcola il rendimento della macchina.
4
Il rendimento di una macchina di Carnot è del 32%. Essa preleva calore da una sorgente a 750 K.
 Determina la temperatura della sorgente a temperatura minore.
5
Calcola il rendimento di una macchina di Carnot che opera tra le temperature T2 = 350 °C e
T1 = 60 °C.
6
Calcola il coefficiente di prestazione di un frigorifero che impiega un lavoro di 1550 J per
estrarre 7,44  103 J di calore dal suo interno.
Nome…………………………… Cognome……….…………………. Classe………… Data……………
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Piccole sfide
1
Il principio di funzionamento di una centrale nucleare del tipo BWR è, in linea di principio,
piuttosto semplice. L’energia liberata dalle reazioni di fissione nucleare scalda acqua
pressurizzata, che bolle a 320 °C. Il vapore aziona le turbine che generano elettricità e poi viene
condensato in uno scambiatore di calore che funziona a 30 °C. Per mantenere costante la
temperatura di 30 °C, lo scambiatore viene raffreddato da un flusso di acqua di 1,8  105 kg/s che
è prelevata da un bacino idrico come un fiume o un lago. La centrale genera una potenza elettrica
di 1300 MW e opera con un rendimento che è il 73% del suo massimo rendimento teorico, cioè il
rendimento di una macchina di Carnot che lavori fra quelle temperature.
 Calcola l’aumento di temperatura dell’acqua nel bacino idrico.
2
Due macchine termiche operano in serie: il calore ceduto dalla macchina A è utilizzato per
alimentare la macchina B, in modo tale che QFA = QCB . La macchina A funziona fra le sorgenti a
temperatura T2 e T1 e la macchina B fra le sorgenti a temperatura T1 e T3. I rendimenti delle
macchine sono rispettivamente A e B, mentre il rendimento totale delle due macchine è
.
 Dimostra che T = A + (1– A) B.
Nome…………………………… Cognome……….…………………. Classe………… Data……………
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