Macchine termiche

Prima di affrontare il secondo principio della termodinamica occorre introdurre il concetto di macchine termiche.

Facciamo un piccolo passo indietro. Quando abbiamo studiato il primo principio della termodinamica, non abbiamo puntualizzato che alcuni processi che soddisfano tale principio nella realtà non possono avvenire.

Se portiamo a contatto due corpi che si trovano a differenti temperature, dopo un certo intervallo di tempo, essi raggiungono l’equilibrio termico, ossia avranno la stessa temperatura. Quantità di calore passano dal corpo più caldo a quello più freddo.

Il primo principio non pone limiti al caso contrario. Allo stesso modo, se prendiamo calore da una fonte inesauribile come ad esempio l’oceano, lo possiamo trasformare indefinitamente in calore. In realtà non è possibile trasformare interamente in lavoro quantità di calore che vengono prelevate da una sorgente a temperatura costante.

Consideriamo una sorgente termica, ossia un corpo dal quale possiamo estrarre calore in continuazione senza che vari la sua temperatura, può essere il mare oppure una caldaia alla quale forniamo combustibile. Per trasformare il calore in lavoro operiamo una trasformazione isoterma, dove, per un gas perfetto, il calore assorbito è interamente trasformato in lavoro meccanico

Per un’isoterma T = costante ⇒ dT = 0

 

Trasformazione isotermica

 

 

 

 

Mano a mano che si va avanti con l’espansione del gas, le variazioni di volume diventano sempre più grandi mentre la pressione diventa molto piccola.

Siamo allora costretti a tornare indietro alle condizioni iniziali e ripetere l’espansione. Però, se percorriamo la stessa isoterma, il lavoro compiuto dal sistema, diciamo all’andata, sarà uguale a quello subito, sempre dal sistema, al ritorno.

Questo significa lavoro nullo. Se nel percorso inverso usiamo un’altra isoterma, a temperatura minore

 

il lavoro, che è rappresentato dall’area racchiusa dalla curva, è diverso da zero.

 

 

 

 

I sistemi che operano ciclicamente, che quindi tornano, dopo un certo tempo a ripossedere le proprietà iniziali vengono dette macchine termiche.

Per ottenere un lavoro netto, le macchine termiche devono operare tra diverse temperature.