MACCHINA TERMICA O FRIGORIFERO?
Una macchina di Carnot lavora tra due termostati a temperatura 320K e 260K , rispettivamente.
Il suo rendimento , dato dal rapporto (T1-T2)/T1, è circa il 18,75%.
Questo significa che se assorbe , per esempio, 1000 J dal termostato caldo, solo 188J vengono restituiti
come lavoro, mentre i rimanenti 812,5 J passano al termostato freddo , sempre sotto forma di calore.
Che succede se il dispositivo esegue lo stesso ciclo termodinamico ma in senso inverso?
Il sistema riceve dall’esterno una quantità di lavoro pari a 187,5J, estrae una quantità di calore pari a 812,5J
dal termostato freddo e cede una quantità di calore pari a 1000J al termostato caldo.
Il dispositivo, pertanto, a patto di ricevere energia dall’esterno, riesce a far passare calore da un corpo a
temperatura minore ad un corpo a temperatura maggiore.
Si comporta cioè da frigorifero.
Per un frigorifero si definisce il coefficiente di prestazione, uguale al rapporto Q2/L, ovvero tra la quantità
di calore che riesce a sottrarre alla sorgente fredda e il lavoro che gli viene fornito dall’esterno.
Nel caso precedente il coefficiente di prestazione è uguale a circa 4,33.
Come il rendimento della macchina termica, il coefficiente di prestazione si può calcolare a partire dalle
temperature dei due termostati
Q2/L= T2/(T1-T2)
Pervenendo allo stesso risultato.
PROBLEMA
La macchina precedentemente considerata funziona come frigorifero.
Quanto lavoro assorbe per estrarre 1000J di calore dalla sorgente fredda?
Risposta L = 1000J/ 4,33 = 231 J circa
Allo stesso risultato si perviene se si pensa di far funzionare il dispositivo come macchina termica di
rendimento pari a 18,75%.
Per chi non si contenta …..
IN GENERALE
Indicando con η il rendimento
Q1 = Q2 /( 1- η) ovvero Q1 –Q2 = Q2 (1/(1- η) - 1) = Q2(η/(1- η))
Q2 /L =( 1-η)/ η = T2 / (T1-T2)
