i processi termodinamici possiedono una proprietà che non è descritta dal primo principio e che indica la presenza di altre leggi l’irreversibilità delle trasformazioni termodinamiche

Secondo Principio della Termodinamica

3) un gas è contenuto in un recipiente comunicante attraverso un foro con un

2) due corpi a temperatura diversa sono posti in contatto termico: dopo un certo

1) un pendolo oscilla nell’aria di una stanza: dopo un certo tempo il pendolo si

secondo recipiente dopo un certo tempo il gas riempie anche il secondo

ferma e permane indefinitamente in quiete

indefinitamente in tale condizionetempo i due corpi raggiungono la stessa temperatura e restano

recipiente permanendo indefinitamente in tale condizione

questi processi avvengono in accordo con il primo principio della termodinamica,ma non possono essere invertitima non possono essere invertiti, dunque , fino a prova contraria, dobbiamoassumere che i processi inversi siano impossibili

allora la trasformazione T’ che porta sistema ed ambiente

dato che questa proprietà non e’ ovvia,

una trasformazione T è reversibilereversibile quando la trasformazione T’ che riportain sintesi affermiamo che :

affermare che questi processi non sono invertibili significa affermare che

sono trasformazioni termodinamichenotiamo che i processi possibili 1) 2) e 3)

e non è descritta dal primo principio

che, con scambi di energia nella forma di lavoro e calore, stato Si allo stato Sf

trasformazione non è possibile

leggi che governano gli scambi energetici tra sistema ed ambiente

sistema ed ambiente negli stati iniziali è possibile,

i fenomeni meccanici sono tutti invertibili,dobbiamo concludere che esistono altre

portano il sistema dalloe l’ambiente dallo stato Ai allo stato Af (tutti stati di equilibrio)

Si, Ai agli stati Sf, Af è possibilese la trasformazione termodinamica T che porta sistema ed ambiente dagli stati

dagli stati Sf, Af agli stati Si, Ai è impossibile

e’ irreversibileirreversibile quando tale

in fisica fondamentale questi stessi fatti sono descritti ricorrendo al concetto di simmetria e si dice che

possiamo allora affermare che le trasformazioni termodinamiche che si svolgono

• le trasformazioni termodinamiche sono temporalmente asimmetriche (possiedono una “freccia” temporale)

sulla base di questa definizione possiamo affermare che

• un fenomeno F è temporalmente simmetrico (non possiede una freccia temporale) quando il fenomeno F’ ottenuto invertendo il senso dello scorrere del tempo è possibile. temporalmente asimmetrico (possiede una freccia temporale) quando tale fenomeno F’ non è possibile.

NOTA

in natura sono irreversibiliirreversibili

SiAi

SfAf

L Q

ossia con una trasformazione nella quale le coordinate

il complesso di queste trasformazioni è vietato (trasformazione irreversibile)

il calore potrebbe essere trasformato in lavoro in un nuovo

dunque la trasformazione vietata è l’ultimaultima

con una trasformazione ciclicatrasformazione ciclica

essere riportato nello stato iniziale compiendo lavoro

l’ambiente, l’aria , potrebbe essere riportato nello stato

da Si Ai ad Sf Af

in generale lo svolgimento del processo fa evolvere allostesso tempo il sistema e l’ambiente facendoli passare

d’altra parte le prime due sono sicuramente permesse

Trasformazioni impossibili

nel caso del pendolo :

iniziale prelevando calore il sistema, il pendolo, potrebbe

termodinamiche degli stati iniziale e finale coincidono

sistema termodinamico che faccia parte dell’ ambiente,

in tutti i casi la causa della irreversibilità delle trasformazioni termodinamiche può essere ricondotta alla impossibilità della conversione,

ed elevando a principio

in un sistema termodinamico che scambi calore con una sorgente ad una

L

Q

secondo principio della termodinamicasecondo principio della termodinamica

una frazione di calore venganel corso della quale, come unico risultato,

nella forma di Kelvin-Plank :

nel corso di una trasformazione ciclica,questo fatto si perviene al

di calore in lavoro T

Trasformazioni cicliche con scambi di calore ad una singola temperatura

singola temperatura è impossibile realizzare una trasformazione ciclica

convertita in lavoro

affinchè gli scambi di calore tra sistema ed ambiente avvengano a temperatura

si definisce termostato un sistema che possa acquistare o cedere una quantita’si definisce termostato un sistema che possa acquistare o cedere una quantita’illimitata di calore senza cambiare la propria temperaturaillimitata di calore senza cambiare la propria temperatura

per es. cio’ implica che non sia possibile realizzare un motore (sistema termodinamico ciclico) che prelevi calore da una sola fonte di calore , es. il mare, e lo trasformi integralmente in lavoro

integralmente in lavoro non e’ stato l’ unicounico risultato

integralmente in lavorotrasformazione del calore fornito da una sola sorgente,

mentre il secondo principiounicounicoafferma che e’ impossibile realizzare un processo il cui

ma in questo caso il sistema non tornaquindi la trasformazione di calore

attenzione: in una trasformazione non ciclica e’ possibile che il calore venga trasformato integralmente in lavoro,

risultato sia la

o “ termostato “definita si introduce il concetto di “ serbatoio di calore ” o “ sorgente di calore ”

esattamente alla situazione iniziale

non vi sono altre trasformazioni cicliche con scambi di calore ad una singola temperatura

trasformazioni cicliche con scambi di calore ad una singola temperatura

volendo crescere in complessita’ dobbiamo considerare letrasformazioni cicliche con scambi di calore tra due due temperature

Q

T

LQ

T

L

nel seguito ogniqualvolta venga scambiato calore tra sistema ed ambientenel seguito ogniqualvolta venga scambiato calore tra sistema ed ambiente

supporremo che l’ambiente operi come termostato ad una ben precisa temperaturasupporremo che l’ambiente operi come termostato ad una ben precisa temperatura

attenzione :

trasformazioni permesse dal II principio

Q2

T2

T1

Q1

L

T1

L

Q2

Q1

T2

Trasformazioni cicliche con scambi di calore a due temperature

Q2

T2

T1

Q1

L

2 1T T

Q L

Q

T2

LQ2

T2

T1

Q1

L

T2

T1

Q1

combinando trasformazioni permesse con trasformazioni vietate si ottengono

contenuto fisico di quella ad una temperatura dell’enunciato di Kelvin-Plank.

in un sistema termodinamico è impossibile realizzare una trasformazione

e costituisce il secondo principio della termodinamica nella forma di Clausius:

1 2 L Q Q 2 1 Q Q Q

questa nuova trasformazione vietata a due temperature ha lo stesso

il cui unico risultato sia quello di trasferire spontaneamente caloreda un corpo freddo ad uno caldo

altre trasformazioni vietate

2 1 Q L Q quindima L Q

Rendimento di un ciclo termicoRendimento di un ciclo termico

Qa la somma dei calori assorbiti dal sistema ( Qa > 0 )

Lf la somma dei lavori fatti dal sistema ( Lf > 0 )

Ls la somma dei lavori subiti dal sistema ( Ls < 0 )

durante un ciclo di funzionamento siano:

in un ciclo termico si definisce rendimento la quantita’:

f s a c

a a

L L Q Q

Q Q

Qc la somma dei calori ceduti dal sistema ( Qc < 0 )

f s

a a

L L L

Q Q

aL Q

il rendimento e’ la percentuale di calore assorbito che viene trasformato in lavoro

da si deduce che

1 c

a

Q

Q

Q2

T2

T1

Q1

L2 1 1

2 2

1

( )Q Q QQ Q

0 1 il calore assorbito non viene mai integralmente trasformato in lavoro

sperimentalmente si osserva che il rendimento e’

il primo principio della termodinamica si riferisce alla variazione di energia per

l’energia interna energia interna di un sistema termodinamico

si puo’ indifferentemente

il secondo principio si riferisce alla trasformazionetrasformazione

mezzo di scambi di calore e lavoro e asserisce che

trasformazionetrasformazione del calore in lavoroma precisa che calore e lavoro

Vai all’esercizio 6-T-B--OK--Rendimento-di-un-ciclo-termico

scambiare lavoro o calore con l’ambiente circostante per modificare

di lavoro in calore ed allail secondo principio non nega il primo,

non sono trasformabili indifferentemente

sempre sempre inferiore all’unita’

l’uno nell’altro

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