I Principio della Termodinamica

I Principio della Termodinamica
Il primo principio della termodinamica, anche detto legge di conservazione
dell'energia, è un assunto fondamentale della teoria della termodinamica:
l'energia di un sistema termodinamico isolato non si crea né si distrugge, ma si
trasforma, passando da una forma a un'altra. Nella forma più generale e
semplice, esso si enuncia dicendo che la variazione dell'energia interna di un
sistema (ΔU = UB-UA) è pari alla differenza del calore assorbito Q=Q(A→B) e
del lavoro compiuto W=W(A→B) dal sistema durante la trasformazione:
ΔU =Q−W
Tale
processo
caratterizza
le
trasformazioni
termodinamiche tra due stati di equilibrio del sistema, per
cui l'energia interna è anche detta funzione di stato.
Durante una trasformazione, si fornisce energia al sistema
sia tramite un lavoro meccanico che con uno scambio di
calore. Questa energia resta immagazzinata sotto forma di
energia interna e può essere successivamente riutilizzata.
II Principio della Termodinamica
Esistono molte formulazioni equivalenti di questo principio. Quelle che
storicamente si sono rivelate più importanti sono:

È impossibile realizzare una trasformazione il cui unico risultato sia quello di
trasferire calore da un corpo più freddo a uno più caldo senza l'apporto di
lavoro esterno (formulazione di Clausius).

È impossibile realizzare una trasformazione ciclica il cui unico risultato sia la
trasformazione in lavoro di tutto il calore assorbito da una sorgente omogenea
(formulazione di Kelvin-Planck).

È impossibile realizzare una macchina termica il cui rendimento sia pari a 1
QB
W Q A−Q B
ɳ= =
=1− <1
QA
QA
QA
Macchina
Il termine macchina designa un insieme di componenti, di cui almeno uno
mobile, collegati tra loro e connessi solidalmente allo scopo di adempiere
un'azione ben determinata trasformando energia in lavoro o viceversa.
La macchina è detta motrice quando assorbe energia generando lavoro, ad
esempio:

turbine

motori oleodinamici

motori pneumatici

motore a vapore

motori a combustione interna
La macchina è detta operatrice quando fornisce energia assorbendo lavoro, ad
esempio:

pompe

compressori, ventilatori

frigoriferi
Ciclo di Carnot (ideale)
Ciclo Otto
motori a combustione interna a benzina – m. ad accensione
comandata
Ciclo Otto: aspirazione (1°)
Ciclo Otto: compressione (2°)
Ciclo Otto: scoppio
Ciclo Otto: espansione (3°)
Ciclo Otto: scarico (4°)
Ciclo Otto: lavoro utile
-
=
Ciclo Otto: rendimento
Ciclo Otto “reale”
PISTONI
VOLANO
Motore 4 Tempi 6 cilindri
PISTONI
VOLANO
Ciclo Diesel
motori a combustione interna a gasolio – m. ad autoaccensione
Ciclo Diesel: combustione (3°)
Ciclo Diesel: espansione (3°)
Ciclo Diesel: rendimento
Ciclo Diesel “reale”
Ciclo Frigorifero
Macchina Frigorifera o Pompa di Calore
A: Evaporatore
B: Compressore
C: Condensatore
D: Orifizio calibrato o valvola d'espansione
Macchina Frigorifera o Pompa di Calore
Pompa di Calore:
coefficiente di prestazione COP > 1
Q erogato Q prelevato +E el Q prelevato
COP=
=
=
+1>1
E el
E el
E el