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Le macchine cicliche sono dispositivi che trasformano il calore in lavoro meccanico operando tra due serbatoi termici a temperature diverse. L'efficienza di queste macchine è descritta dalla termodinamica, che stabilisce anche i limiti di conversione del calore in lavoro. I processi irreversibili e il principio di equivalenza delle macchine reversibili sono concetti chiave per comprendere il funzionamento di tali sistemi e la misurazione delle temperature termodinamiche.
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Le macchine cicliche sono sistemi che operano ciclicamente tra due serbatoi termici a temperature diverse, assorbendo calore da uno e cedendone una parte all'altro per produrre lavoro meccanico
Una macchina ciclica è reversibile se il processo può essere invertito senza variazioni nette nell'universo
Le macchine cicliche si dividono in motrici, che producono lavoro, e frigorifere o pompe di calore, che richiedono lavoro per trasferire calore da una sorgente fredda a una calda
L'efficienza termica di una macchina ciclica è il rapporto tra il lavoro utile e il calore assorbito, espresso dalla formula η = (Q1 - Q2) / Q1
L'efficienza termica dipende dalla differenza di temperatura tra i serbatoi e dalla quantità di calore non convertita in lavoro, che deve essere ceduta al serbatoio più freddo
Il secondo principio della termodinamica stabilisce che non è possibile convertire integralmente il calore in lavoro senza un serbatoio a temperatura inferiore
L'irreversibilità nei processi termodinamici è causata da fenomeni come attrito, resistenza dei fluidi, trasferimento di calore e reazioni chimiche spontanee
Un processo è irreversibile se non è possibile ritornare allo stato iniziale senza un intervento esterno che comporti un dispendio di energia, mentre è reversibile se è teoricamente possibile riportare il sistema e l'ambiente alle condizioni iniziali senza alcuna alterazione netta
Il principio di equivalenza stabilisce che tutte le macchine cicliche reversibili che operano tra due serbatoi termici hanno lo stesso rapporto tra il calore assorbito e quello ceduto, indipendentemente dai dettagli costruttivi
00
Serbatoi termici e temperature
Macchine cicliche scambiano calore tra due serbatoi a temperature T1 e T2, con T1 > T2.
01
Definizione di macchina reversibile
Macchina ciclica reversibile se il processo può essere invertito senza cambiamenti nell'universo.
02
Differenza tra motrici e frigorifere
Motrici producono lavoro (L positivo), frigorifere richiedono lavoro (L negativo) per trasferire calore.
