Termodinamica - Secondo principio della termodinamica

Principi della termodinamica

Primo principio della termodinamica

Il primo e il secondo principio della termodinamica sono i presupposti fondamentali che una trasformazione deve rispettare affinché essa possa avvenire. Il primo principio afferma la conservazione dell'energia: in un sistema chiuso che si porta dalla condizione A alla condizione B, la variazione di energia interna è pari alla differenza tra la quantità di calore e la quantità di lavoro che esso scambia con il mezzo attraverso la superficie di controllo.

U_B – U_A = Q_AB - L_AB

Secondo principio della termodinamica

Il secondo principio, invece, ci permette di individuare il verso secondo il quale una trasformazione può svilupparsi. Tutte le trasformazioni reali, infatti, avvengono secondo un certo verso e non in quello opposto. Ad esempio, un corpo che presenta una temperatura superiore a quella dell'ambiente che lo circonda cede calore ad esso e si raffredda. È impossibile, senza alcun intervento esterno, che accada il contrario: spontaneamente il calore non fluisce dall'ambiente a temperatura minore verso il corpo a temperatura maggiore.

L'enunciato di Clausius sul secondo principio, infatti, afferma che è impossibile realizzare un dispositivo con funzionamento ciclico atto esclusivamente a trasferire calore da un corpo a bassa temperatura ad un altro a temperatura più alta. Tale enunciato non nega la possibilità di costruire un dispositivo capace di sottrarre calore ad un corpo a temperatura minore e fornirlo ad uno a temperatura maggiore, ma impone che questa macchina debba avere altri effetti (ad esempio, l'assorbimento di energia tramite di lavoro).

Funzionamento delle macchine termiche

Il secondo principio della termodinamica è in grado non solo di individuare il verso di una trasformazione spontanea, ma permette anche di classificare l'energia secondo la sua "qualità" e il suo "degrado".

Consideriamo una macchina termica: questo dispositivo è in grado, descrivendo un ciclo chiuso, di convertire il calore in lavoro. Il funzionamento di una macchina termica è garantito dalla possibilità di acquisire una certa quantità di calore ad alta temperatura e di cederne un quantitativo a bassa temperatura. Poiché le macchine termiche operano secondo trasformazioni cicliche, la variazione di energia interna al sistema, ΔU, è nulla:

ΔU = 0 da cui segue L = Q₁ – Q₂

È possibile quantificare il lavoro complessivamente ottenuto: esso è pari alla differenza tra le quantità di calore in ingresso (ad alta T) e quelle in uscita (a bassa T). Tuttavia, mentre è possibile trasformare integralmente il lavoro in calore, soltanto parte del calore fornito alla macchina termica viene convertito in lavoro. A causa di questa differenza...