SECONDO PRINCIPIOPRIMO PRINCIPIO

INIZIOINDIETRO

INIZIO

SECONDO PRINCIPIO DELLA

TERMODINAMICA

INDIETRO

TRASFORMAZIONE DI CALORE IN LAVORO

FU REALIZZATA

MEDIANTE LE

MACCHINE TERMICHE

NE SONO

ESEMPI

STORICI

QUELLE

DI

SAVERY (1695)

NEWCOMEN (1705)

WATT (1763)

L’ANALISI DEL LORO PRINCIPIO

DI FUNZIONAMENTO REALIZZATA

PER LA PRIMA VOLTA DA

CARNOT (1824)

CONDUCE AL

SECONDO PRINCIPIO

DELLA TERMODINAMICA

DEL QUALE SONO ENUNCIATI

EQUIVALENTI QUELLI DI

CLAUSIUS KELVIN

E’ IMPOSSIBILE

TRASFERIRE

SPONTANEAMENTE

CALORE DA UNA

SORGENTE FREDDA A

UNA SORGENTE

CALDA

E’ IMPOSSIBILE

COMPIERE LAVORO

CICLICAMNETE

ESTRAENDO CALORE

DA UNA SORGENTE

QUANDO OPERANO FRA DUE SOLE

SORGENTI A TEMPERATURA

T1 E T2 CON T1 < T2

PRELEVANO UNA

QUANTITA’ DI CALORE

Q2 DALLA SORGENTE A

TEMPERATURA T2

CEDONO UNA

QUANTITA’ DI CALORE

Q1 ALLA SORGENTE A

TEMPERATURA T1

REALIZZANO UN

LAVORO L = Q2 – Q1

CON UN

LAVORO UTILE

RENDIMENTO = ----------------------------------

CALORE ASSORBITO

ᶯ = 1 – Q1/Q2 = 1 – T1/T2 < 1

TALE ESPRESSIONE SI APPLICA A

TUTTE LE MACCHINE REVERSIBILI

CHE SCAMBIANO CALORE FRA

DUE SOLE SORGENTI A

TEMPERATURA T1 E T2

COME, AD ESEMPIO,

QUELLE CHE REALIZZANO IL

CICLO DI STIRLING

CICLO DI CARNOT

ENTROPIA

TRASFORMATION OF HEAT IN WORK

WAS MADE BY THE

THERMAL MACHINESHISTORICAL

EXAMPLE

ARE

SAVERY (1695)

NEWCOMEN (1705)

WATT (1763)

ANALYSIS OF THEIR PRINCIPLE

WORKING FOR THE FIRST TIME MADE BY

CARNOT (1824)

LEAD TO

SECOND LAW OF

THERMODYNAMICS

OF WHICH ARE SET OUT EQUIVALENTS

CLAUSIUS KELVIN

IT IS IMPOSSIBLE TO

TRANSFER HEAT

SPONTANEOUSLY

FROM A COLD

SOURCE TO A HOT

SOURCE

IT IS IMPOSSIBLE TO

DO WORK

CYCLICALLY

REMOVING HEAT BY

ONE SOURCE

WHEN THEY OPERATE ONLY FROM TWO

SOURCES AT THE TEMPERATURE T1 AND

T2 WITH T1 < T2

THEY PICK A QUANTITY

OF HEAT Q2 FROM THE

SOURCE AT THE

TEMPERATURE T2

THEY GIVE A

QUANTITY OF HEAT Q1

FROM THE SOURCE AT

THE TEMPERATURE T1

THEY MAKE A WORK

W = Q2 – Q1

WITH A

USEFUL WORK

PERFORMANCE= ----------------------------------

ABSORBED HEAT

ᶯ = 1 – Q1/Q2 = 1 – T1/T2 < 1

THIS EXPRESSION IS APPLIED TO

EVERY REVERSIBLE MACHINES

WHICH EXCHANGE HEAT

BETWEEN ONLY FROM TWO

SOURCES AT THE TEMPERATURE

T1 AND T2

LIKE, FOR EXAMPLE,

THOSE WHICH REALIZE THE

STIRLING’S CYCLE

CARNOT’S CYCLE

THOSE OF

ENTROPY

Il principio è semplice e si basa su un contenitore

con due valvole. Il vapore spinge l'acqua

contenuta nel serbatoio verso l'alto, quindi il

vuoto istituito dalla condensazione provoca una

depressione che aspira l'acqua che proviene dal

basso. Si tratta di una macchina senza pistone

destinata ad un unico uso: lo svuotamento delle

acque dal fondo delle miniere

Nel disegno si nota che le aperture delle

valvole d'immissione del vapore e quella

dell'acqua di raffreddamento sono aperte

meccanicamente tramite due leve. Si nota una

pompa secondaria e accessoria, utilizzata per

riempire la cisterna dell'acqua fredda destinata

alla condensazione del vapore.

Il macchinario funziona tramite il vapore,

prodotto nella caldaia, che viene immesso

attraverso l’ apertura della valvola nel cilindro

determinando, grazie alla sua espansione,

l’ innalzamento del bilanciere. L’ apertura della

prima valvola e la chiusura della seconda lascia

fluire il vapore nel condensatore,

determinando così l’ abbassamento del

bilanciere. Nel condensatore, un getto d’

acqua fredda condensa il vapore, lasciandolo

poi defluire attraverso la valvola di scarico. La

macchina è a questo punto in grado di

riprendere il ciclo.

In termomeccanica una macchina termica è un dispositivo fisico o teorico che converte

l'energia termica fornita dall'ambiente esterno (calore) in lavoro. Le macchine termiche

sono tipicamente cicliche e sono quindi descritte fisicamente da un ciclo termodinamico.

Ogni macchina termica si attiene a questa formula:

ᶯ = = = 1 -L Q2 – Q1 Q1

Q2 Q2 Q2

Il ciclo Stirling è un ciclo termodinamico che

descrive il funzionamento di una classe di

apparati (macchine generatrici o operatrici).

Descrive l'originale motore Stirling che fu

inventato e brevettato nel 1816 dal reverendo

Robert Stirling aiutato sostanzialmente dal

fratello ingegnere.

Il ciclo di Carnot ha la proprietà di essere il

ciclo termodinamico che evolve tra le due

sorgenti con il rendimento termodinamico

maggiore. Non esiste nessun altro ciclo che

abbia come temperature estreme le stesse

isoterme del ciclo di Carnot, tale da avere un

rendimento superiore a quello di Carnot.

L’entropia è la tendenza delle trasformazioni energetiche ad essere meccanicamente

inutilizzabili

(Aumento di entropia di un gas)

ΔS = S - S = B A ( ) Ʃ

N

1i

ΔQ

T i

i

AB

The principle is simple and is based on a container

with two valves. The steam pushes the water

contained in the reservoir upward, and then the

vacuum established by the condensation creates a

depression that sucks the water that comes from

below. It is a machine without a piston intended

for a single use: the emptying of the water from

the bottom of the mines

home

In this illustration you can see that the

openings of the intake valves of the steam and

the cooling water are opened mechanically by

means of two levers. There is a secondary

pump and accessory, used to fill the tank of

cold water intended for steam condensation.

The machinery works via the steam produced

in the boiler, which is entered through the

opening of the valve in the cylinder

determining, thanks to its expansion, the

raising of the barbell. The opening of the first

valve and the closing of the second leaves flow

the steam in the condenser, thereby lowering

the barbell. In the condenser, a jet of cold

water condenses the steam, and letting it flow

through the exhaust valve. The machine is now

able to resume the cycle.

In thermo-mechanical a heat engine is a physical or theoretical device that converts

thermal energy supplied by the external environment (heat) into work. The thermal

machines are typically cyclical and are therefore physically described by a thermodynamic

cycle.

Every thermal machines abides at this formula:

ᶯ = = = 1 -L Q2 – Q1 Q1

Q2 Q2 Q2

The Stirling’s cycle is a thermodynamic cycle

that describes the operation of a class of

devices (generating machines or operators).

Describes the original Stirling engine that was

invented and patented in 1816 by the

Reverend Robert Stirling substantially helped

by his brother engineer.

The Carnot cycle has the property of being the

thermodynamic cycle that evolves between

the two sources with greater thermodynamic

efficiency. There is no other cycle that has as

extreme temperatures the same isotherms of

the Carnot cycle, so as to have a higher

performaances than that of Carnot.

Entropy is the tendency of the energy transformations to be mechanically unusable

(Increase of entropy of a gas)

ΔS = S - S = B A ( ) Ʃ

N

1i

ΔQ

T i

i

AB

TRASFORMAZIONI

TERMODINAMICHE

DI UN GAS IDEALE

ISOCORA

Q=∆U

L=0

∆U=Cmvn∆T

ISOBARA

Q=Cmpn∆T

L=P∆V

∆U=Cmvn∆T

ISOTERMA

Q=nRTln(V2/V1)

L=nRTln(V2/V1)

ADIABATICA

∆U=0

Q=0

L=-Cmvn∆T

∆U=Cmvn∆T

CICLO TERMODINAMICOUNA LORO SEQUENZA CHIUSA DEFINISCE UN

PER IL QUALE

∆U=0 L : AREA DELLA

FIGURA PIANA CHE

RAPPRESENTA IL

CICLO NEL PIANO P , V

REVERSIBILI

IRREVERSIBILI

REALIZZATE

MEDIANTE

SUCCESSIONI DI STATO

DI QUASI EQUILIBRIO

SUCCESSIONI DI STATI DI

NON EQULIBRIO

Cmp e Cmv SONO LEGATI DALLARELAZIONE DI MAYER

Cmp=Cmv+R

THERMODYNAMIC

PROCESSES OF AN

IDEAL GAS

ISOCHORIC

Q=∆U

L=0

∆U=Cmvn∆T

ISOBAR

Q=Cmpn∆T

L=P∆V

∆U=Cmvn∆T

ISOTHERM

Q=nRTln(V2/V1)

L=nRTln(V2/V1)

ADIABATIC

∆U=0

Q=0

L=-Cmvn∆T

∆U=Cmvn∆T

THERMODYNAMIC CYCLETHEIR CLOSED SEQUENCE DEFINE A

FOR WHICH

∆U=0 L : AREA OF THE

PLANE FIGURE THAT

REPRESENTS THE

CYCLE IN THE PLANE

P , V

REVERSIBLE

IRREVERSIBLE

REALIZZED

BY

SEQUENCES OF STATE OF

ALMOST EQUILIBRIUM

SEQUENCES OF STATE OF

NON-EQUILIBRIUM

Cmp e Cmv ARE LINKED BYMAYER’S RELATION

Cmp=Cmv+R

TRASFORMAZIONE ISOCORA

In termodinamica una trasformazione isocora

è una variazione dello stato di un gas durante

la quale il volume rimane costante mentre la

pressione e la temperatura aumentano.

IN UNA TRASFORMAZIONE ISOCORA SI HA:

Un rifornimento di calore Q: Q=Cmvn∆T

Una variazione dell’energia interna del gas: ∆U=Cmvn∆T

Poiché il volume rimane invariato, non c’è nessun lavoro: L=0

HOME

In termodinamica una trasformazione isobara

è una trasformazione termodinamica dello stato di

un gas durante la quale la pressione rimane

costante mentre il volume e la temperatura del

gas aumentano.

IN UNA TRASFORMAZIONE ISOBARA SI HA:

Un rifornimento di calore Q: Q= Cmpn∆T

Un compimento di lavoro L: L=P∆V=nR∆T

Una variazione dell’energia interna del gas: ∆U=Cmvn∆T

La pressione rimane invariata

HOME

In termodinamica una trasformazione isoterma

è una variazione dello stato di un gas durante la

quale la temperatura rimane costante mentre il

volume o la pressione aumentano.

IN UNA TRASFORMAZIONE ISOTERMA SI HA:

Un compimento di lavoro L: L=nRTln(V2/V1)

Aumento del volume a discapito della pressione

Aumento della pressione a discapito del volume

Poiché la temperatura rimane invariata, non c’è nessuna variazione dell’energia

interna: ∆U=0

HOME

In termodinamica una trasformazione

adiabatica è una variazione dei parametri

P, V, T del sistema senza che si produca

alcuno scambio di calore con l’ambiente

esterno.

IN UNA TRASFORMAZIONE ADIABATICA SI HA:

Un compimento di lavoro L: L=-Cmvn∆T

Una variazione dell’energia interna del gas: ∆U=Cmvn∆T

Una variazione dei parametri P, V, T

Poiché non si produce scambio di calore con l’esterno: Q=0

HOME

Si definisce ciclo termodinamico una successione finita di

trasformazioni termodinamiche al termine delle quali il

sistema torna al suo stato iniziale.

IN UN CICLO TERMODINAMICO SI HA:

Un compimento di lavoro L: Labcda=(Pa-Pd)x(Vb-Va)

Un rifornimento di calore Q: Q=L

Una variazione dei parametri P, V, T

Poiché in un ciclo termodinamico la temperatura ritorna allo stato iniziale: ∆U=0

HOME

Si definisce trasformazione termodinamica di un gas una sequenza di

modificazioni dei valori delle grandezze termodinamiche pressione P, volume V,

temperatura T del gas stesso che conduce da uno stato caratterizzato dai valori

P1, V1, T1 ad uno stato caratterizzato dai valori P2, V2, T2.

HOME

Una trasformazione termodinamica si dice reversibile quando in ogni punto del volume V del

gas, è possibile individuare un identico valore della pressione e un identico valore della

temperatura.

Una trasformazione termodinamica si dice irreversibile quando in ogni punto del volume V

del gas, non è possibile individuare un identico valore della pressione e un identico valore

della temperatura.

HOME

Sostituendo dal primo principio della termodinamica le tre relazioni presenti

nella trasformazione isobara, è possibile ricavare la seguente relazione:

Cmp=R+Cmv

Questa relazione è chiamata «relazione di Mayer», che mette in correlazione i

calori specifici a volume e a pressione costante di un gas ideale.

HOME

ISOCHORIC TRANSFORMATION

In thermodynamics an isochoric

transformation is a variation of the state of a

gas, during which the volume remains

constant while the pressure and temperature

increase.

AN ISOCHORIC TRANSFORMATION HAS:

A supply of heat Q: Q=Cmvn∆T

A change in internal energy of the gas: ∆U=Cmvn∆T

Because the volume remains the same, there isn’t work: L = 0

HOME

In thermodynamics, an isobaric transformation

is a thermodynamic transformation of the state of

a gas, during which the pressure remains constant

while the volume and temperature of the gas

increases.

AN ADIABATIC TRANSFORMATION HAS:

A supply of heat Q: : Q= Cmpn∆T

A completion of work L: L=P∆V=nR∆T

A change in internal energy of the gas: ∆U=Cmvn∆T

The pressure remains unchanged

HOME

In thermodynamics an isothermal

transformation is a variation of the state of a

gas, during which the temperature remains

constant while the volume or pressure

increases.

AN ISOTHERM TRANSFORMATION HAS:

A completion of work L: L=nRTln(V2/V1)

Volume increase at the expense of pressure

Pressure increase at the expanse of volume

Because the temperature remains unchanged, there isn’t change in internal

energy: ∆U=0

HOME

In thermodynamics an adiabatic

transformation is a variation of the

parameters P, V, T of the system without

producing any heat exchange with the

external environment.

AN ADIABATIC TRANSFORMATION HAS:

A completion of work L: L=-Cmvn∆T

A change in internal energy of the gas : ∆U=Cmvn∆T

A variation of parameters P, V, T

Because it produces no heat exchange with the outside: Q=0

HOME

We define a finite sequence of thermodynamic cycle

thermodynamic transformations after which the system

returns to its initial state.

A THERMODYNAMIC CYCLE HAS:

A completion of work L : Labcda=(Pa-Pd)x(Vb-Va)

A supply of heat Q : Q=L

A variation of parameters P, V, T

Because in a thermodynamic cycle the temperature returns to its initial

state:∆U=0

HOME

It defines thermodynamic transformation of a gas a sequence of modifications of

the values of thermodynamic pressure P, volume V, the temperature T of the gas

itself which leads to a state characterized by the values P1, V1, T1 to a state

characterized by the values P2, V2, T2.

HOME

A thermodynamic transformation is said reversible when at every point in the volume V of

the gas, you can find an identical value of an identical pressure and temperature value.

A thermodynamic transformation is says irreversible when at every point in the volume V of

the gas, it is impossible to identify an identical value of an identical pressure and

temperature value.

HOME

Substituting from the first law of thermodynamics the three reports in the

isobaric transformation, it is possible to derive the following relationship:

Cmp=R+Cmv

This report is called "relationship Mayer," which correlates the specific heat at

constant volume and pressure of an ideal gas.

HOME

Sitografia e bibliografia:……….

Realizzato da:

GIROLAMO & LORENZO MORANO

Curato da:

Prof.ssa MARIA LUISA DI PIETRO

Prof.ssa CORRADA DIMAURO

Prof.ssa CLAUDIA AMATO