FISICA AMBIENTALE 1

Lezioni 3 – 4Rischiami 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

Le variabili termodinamiche fondamentali:p, V, T

Richiami di termodinamicaRichiami di termodinamica

1° LEGGE DELLA TERMODINAMICA(conservazione dell’energia)

Vediamo come entrano in gioco nelle trasformazioni termodinamiche dello stato di un sistema.

Il calore Q fornito ad un sistema viene usatoper 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

S

Radiazione

tempoFormazione di materia

Atomi e molecole

L’entropia dell’Universo cresce

ENTALPIA H

È la quantità di calore scambiata in una trasformazione a p costante.

Per una trasformazione infinitesima:

È molto comune che il processo sia isobarico:

(reazioni chimiche, cambiamenti di stato…)

Definizione di ENTALPIA

Una certa massa si espande attraverso fori sottili da sinistra a destra in un processo adiabatico Q = 0

APPLICAZIONE

V1 V2

p2= costp1= cost

L’entalpia è la stessa nelle due situazioni

“strozzatura”

ENERGIA LIBERA F

Per una trasformazione infinitesima reversibile:

Se il processo è a T costante:

È il lavoro fatto sul

sistema a T costante

ENERGIA LIBERA

ENERGIA LIBERA DI GIBBS

Per una trasformazione infinitesima:

Per una trasformazione isoterma e isobarica:

È l’incremento del lavoro non di espansione

definizione

(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 :

Più in generale:

TH TC

Q Q-W

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.

Esempio

Macchina a vapore a caldaia orizzontale

Efficienza termica

Efficienza massima di Carnot

benefici

costi