FISICA AMBIENTALE 1
Lezioni 3 – 4
Rischiami di termodinamica
ENERGIA DA COMBUSTIBILI FOSSILI
Richiami di Termodinamica
Dispositivi di conversione del
calore:
- Macchine termiche
- Macchine a combustione interna
- Trasporto di calore: le Heat Pipes
Richiami di termodinamica
Le variabili termodinamiche fondamentali:
p, V, T
Vediamo come entrano in gioco nelle
trasformazioni termodinamiche dello stato
di un sistema.
1° LEGGE DELLA TERMODINAMICA
(conservazione dell’energia)
Il calore Q fornito ad un sistema viene usato
per aumentarne l’energia interna U e per
compiere lavoro W.
In particolare vale:
Lavoro di espansione
+
altro lavoro
introduciamo altre grandezze fondamentali:
ENTROPIA S
ENTALPIA H
ENERGIA
LIBERA F
Funzioni
di stato
ENTROPIA S : il moto perpetuo?
E’ impossibile trasformare completamente
l’energia da una forma in un'altra senza che
una parte venga dissipata come calore.
2° LEGGE DELLA TERMODINAMICA
Il segno “ = “ vale per processi reversibili
In un sistema chiuso l’entropia
non può diminuire
L’entropia dell’Universo cresce
S
Radiazione
Atomi e molecole
Formazione di materia
tempo
ENTALPIA H
Per una trasformazione infinitesima:
È molto comune che il processo sia isobarico:
(reazioni chimiche, cambiamenti di stato…)
Definizione di
ENTALPIA
È la quantità di calore scambiata in
una trasformazione a p costante.
APPLICAZIONE
Una certa massa si espande attraverso
fori sottili da sinistra a destra in un
processo adiabatico Q = 0
V1
p1= cost
V2
p2= cost
“strozzatura”
L’entalpia è la stessa nelle due situazioni
ENERGIA LIBERA F
Per una trasformazione infinitesima reversibile:
Se il processo è a T costante:
ENERGIA
LIBERA
È il lavoro fatto sul
sistema a T costante
ENERGIA LIBERA DI GIBBS
Per una trasformazione infinitesima:
Per una trasformazione isoterma e isobarica:
definizione
È l’incremento del lavoro non di espansione
(Fuel Cells….)
Lavoro
“non” di espansione
i = potenziali chimici
Corrispondono all’incremento di U
(hanno la dimensione di un energia)
quando vengono aggiunte dni
moli di una sostanza i.
CONVERSIONE DEL CALORE
IN LAVORO E VICEVERSA
Durante un ciclo completo, una macchina
termica che estrae Q da un serbatoio a TH e
compie un lavoro W cede (1° legge) Q - W
ad un serbatoio a TC < TH . Per la 2° legge :
TH
Q
Più in generale:
Q-W
TC
Esempio
Per produrre elettricità in una centrale
elettrica, si sottopone carbone o altri carburanti
al processo di combustione. Il Q prodotto è
usato per convertire 1’acqua in vapore che
diretto sulle eliche di una turbina la mette in
rotazione. L’energia meccanica associata a
questa rotazione è usata per azionare un
generatore di corrente.
Macchina a vapore a caldaia orizzontale
Efficienza termica
benefici
costi
Efficienza massima di Carnot
