TERMODINAMICATRASFORMAZIONI

DEL CALORE

Calore e temperaturaIl calore di un corpo è l’energia cinetica, di

movimento, delle sue molecole o dei suoi atomi.La temperatura la proprietà che regola il

trasferimento di energia termica o calore, da un sistema ad un altro. Quando due sistemi sono alla stessa temperatura, si dice che si trovano in equilibrio termico e non avviene nessun trasferimento di calore. Quando esiste una differenza di temperatura, il calore tenderà a muoversi dal sistema a temperatura più alta verso il sistema a temperatura più bassa, fino al raggiungimento dell'equilibrio termico.

Trasferimento del caloreIl calore si propaga per:Conduzione Convezione tipica dei fluidi (esempi:

termosifoni, venti, pentola sul fuoco, …)Irraggiamento: ogni corpo emette energia

(sotto forma di onde elettromagnetiche) in base alla temperatura (assoluta), alla quale si trova.

Misurare la temperaturaDilatazione dei corpi (liquidi o solidi)Termocoppie Termometro a solido TermistoreTermocoppiaPirometroTermometro a resistenza Termometri a semiconduttore …

LEGGI DEI GAS (PERFETTI)

costante

15,273

11

15,273

11

0

0

Vp

tC

pp

tC

VV

t

ta pressione costante

a volume costante

a temperatura costante

Dalle prime due leggi si deduce il concetto di temperatura assoluta e di zero assoluto: quella temperatura alla quale il volume e la pressione del gas perfetto diventano zero.

Primo principio della TermodinamicaÈ possibile la trasformazione del lavoro

meccanico in calore e viceversaEssi sono due forme di energia, quindi il loro

rapporto è costante1 caloria equivale a 4.1855 Joule1 Joule equivale a 0,2389 calorieJoule e calorie non sono altro che due

unità di misura diverse per la stessa grandezza fisica:

l’ENERGIA

Mulinello di Joule

Dimostra l’equivalenza tra energia meccanica e calore.Dimostra cioè che è possibile trasformare completamente l’energia meccanica (gravitazionale, cinetica) in calore.

SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

Nella formulazione di Clausius, si afferma che è impossibile realizzare una trasformazione il cui unico risultato sia quello di trasferire calore da un corpo più freddo a uno più caldo.

Nella formulazione di Kelvin-Planck, si afferma che è impossibile realizzare una trasformazione il cui unico risultato preveda che tutto il calore assorbito da una sorgente omogenea sia interamente trasformato in lavoro.

Quindi: non è possibile - nemmeno in linea di principio - realizzare una macchina termica il cui rendimento sia pari al 100%.

PIANO PRESSIONE – VOLUMEp

V

Macchine ciclicheSono quelle macchine che dopo una serie di

trasformazioni ritornano alle condizioni iniziali.

In pratica tutti i tipi di motori utilizzati si possono definire macchine ciclicheMotori a vapore alternativi e a turbinaMotori a scoppio (Ciclo Otto)Motori (a ciclo) DieselMotori elettrici…

Macchina di Newcomen (1)

Macchina di Newcomen (2)

Schema di motore a vapore alternativo

Questo motore è importante perché trasforma il moto alternativo del pistone in moto rotatorio, mediante il sistema biella-manovella.

Locomotiva

Motore a vapore

Distribuzione sistema Walshaerts/Heusinger (mobile)

Distribuzione sistema Walshaerts/Heusinger (statico)

1 Manovella eccentrica 2 Biella della manovella eccentrica 3 Asta di comando dell'inversione

di marcia 4 Bielletta di sollevamento 5 Braccio di sollevamento 6 Braccio e albero dell'inversione 7 Braccio (dell'espansione) 8 Bielladel corsoio

9 Testa a croce10 Guida dello stantuffo del pistone di distribuzione11 Asta (o biella o bielletta) di precessione12 Bielletta di collegamento della biella di precessione13 Stantuffo del pistone di distribuzione14 Pistone di distribuzione

Turbina a vapore