La Seconda Legge della Termodinamica si occupa del trasferimento di energia termica. Ciò significa che indica scambi di calore che tendono ad equalizzare temperature diverse (equilibrio termico), che avviene spontaneamente.
I suoi principi sono:
- Il calore viene trasferito spontaneamente dal corpo a temperatura più alta a quello a temperatura più bassa.
- Ogni processo ha una perdita perché la sua resa è sempre inferiore al 100%.
È espresso dalla seguente formula:
Dove,
η: Dare la precedenza
QIL: calore fornito dal riscaldamento
QB: calore non trasformato in lavoro
Questa legge è stata stabilita dagli studi di Sadi Carnot (1796-1832). Incoraggiato dalla Rivoluzione industriale, il fisico francese studiò la possibilità di aumentare l'efficienza delle macchine.
Analizzando il Macchine termiche, Carnot ha scoperto che erano più efficienti quando c'era il trasferimento di calore dalla temperatura più alta alla temperatura più bassa. Questo avviene sempre in quest'ordine, dopotutto il trasferimento di energia termica è un processo irreversibile.
Ciò significa che il lavoro dipende dal trasferimento di energia termica, ricordando che non è possibile trasformare tutto il calore in lavoro.
Era basato sulle idee di Carnot che Clausius e Kelvin basarono i loro studi sulla termodinamica.
La Seconda Legge della Termodinamica è legata al concetto di entropia. completa il Prima Legge della Termodinamica, che si basa sul principio del risparmio energetico.
Ciclo di Carnot
Affinché l'energia non sia sempre crescente (immaginiamo nel caso di una macchina), è necessario che ad un certo momento ritorni allo stato iniziale e ricominci il processo. Il processo è quindi ciclico.
Mentre una parte lavora a temperature più elevate, l'altra parte lavora a temperature più basse. Questo è possibile secondo la Seconda Legge della Termodinamica.
Il ciclo, in senso orario, assorbe calore. Questo è il caso dei motori. Il ciclo, in senso antiorario, perde calore. Questo è il caso dei frigoriferi.
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Esercizi risolti
1. (UFAL-AL) Analizza le seguenti proposizioni:
( ) La macchina termica è un sistema che esegue trasformazioni cicliche: dopo aver subito una serie di trasformazioni, ritorna allo stato iniziale.
( ) È impossibile costruire un motore termico che trasformi completamente il calore in lavoro.
( ) Il calore è una forma di energia che si trasferisce spontaneamente dal corpo a temperatura più alta a quello a temperatura più bassa.
( ) È impossibile costruire una macchina termica che abbia un'efficienza maggiore della macchina di Carnot, operando tra le stesse temperature.
( ) Quando un gas riceve 400 J di calore ed esegue 250 J di lavoro, la sua energia interna aumenta di 150 J.
Tutte le proposizioni sono vere.
2. (CEFET-PR) Il 2° Principio della Termodinamica si può enunciare come segue: “È impossibile costruire una macchina termico operando in cicli, il cui unico effetto è quello di sottrarre calore ad una sorgente e convertirlo completamente lavoro."
Per estensione, questo principio ci porta a concludere che:
a) è sempre possibile costruire macchine termiche il cui rendimento è del 100%;
b) qualsiasi macchina termica necessita solo di una fonte calda;
c) calore e lavoro non sono quantità omogenee;
d) qualsiasi macchina termica preleva calore da una fonte calda e ne cede parte a una fonte fredda;
e) solo con una sorgente fredda, sempre mantenuta a 0°C, sarebbe possibile per un certo motore termico convertire interamente il calore in lavoro.
Alternativa d: qualsiasi macchina termica prende calore da una fonte calda e ne respinge una parte a una fonte fredda;
3. (ENEM-MEC) La refrigerazione e il congelamento degli alimenti sono responsabili di una parte significativa del consumo di energia elettrica in una tipica abitazione.
Per ridurre le dispersioni termiche di un frigorifero si possono adottare alcune precauzioni operative:
IO. Distribuire il cibo sui ripiani lasciando degli spazi vuoti tra loro, in modo che l'aria fredda possa circolare verso il basso e l'aria calda verso l'alto.
II. Mantieni le pareti del congelatore con uno strato di ghiaccio molto spesso, in modo che l'aumento della massa del ghiaccio aumenti lo scambio termico nel congelatore
III. Pulire periodicamente il radiatore (“griglia” sul retro) in modo che il grasso e la polvere depositati su di esso non riducano la cessione di calore all'ambiente.
Per un frigorifero tradizionale è corretto indicare solo,
a) operazione I
b) operazione II.
c) operazioni I e II.
d) operazioni I e III.
e) operazioni II e III.
Alternativa d: operazioni I e III.
Vedi anche: Esercizi di Termodinamica
