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I Principio della TermodinamicaIl 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 = U

B-U

A) è pari alla differenza del calore assorbito Q=Q(A→B) e

del lavoro compiuto W=W(A→B) dal sistema durante la trasformazione:

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.

ΔU=Q−W

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

ɳ=WQA

=Q A−QB

QA

=1−QB

Q A

<1

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 Ottomotori 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 Dieselmotori 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: EvaporatoreB: CompressoreC: CondensatoreD: Orifizio calibrato o valvola d'espansione

Macchina Frigorifera o Pompa di Calore

COP=Qerogato

E el=Q prelevato+Eel

E el=Q prelevato

Eel+1>1

Pompa di Calore:coefficiente di prestazione COP > 1