Ciclo di Stirling e ciclo di Carnot

aumenta all'aumentare della differenza di temperatura tra le due

sorgenti.

5. **Importanza storica e pratica**: Anche se il ciclo di Carnot non

può essere realizzato in modo pratico, fornisce un chiaro obiettivo

teorico per l'efficienza delle macchine termiche e ha influito

notevolmente sulla comprensione della termodinamica.

Il lavoro di Sadi Carnot è considerato uno dei fondamenti della

termodinamica e le sue idee hanno aperto la strada a importanti

sviluppi nella fisica, nell'ingegneria e in altre scienze applicate.

Il ciclo di Carnot è un ciclo termodinamico ideale che fornisce un

modello teorico per il funzionamento di una macchina termica. È

stato proposto da Sadi Carnot nel 1824 ed è caratterizzato da

quattro processi:

Espansione Isoterma (A → B):

La macchina assorbe calore (Q1) da una sorgente calda a

temperatura costante (T1).

Durante questa fase, il gas all'interno del cilindro si espande

isotericamente, il che significa che la temperatura rimane costante

mentre il gas compie lavoro sull'ambiente.

Espansione Adiabatica (B → C):

In questo processo, l'espansione continua senza scambio di calore

con l'ambiente (Q=0).

La temperatura del gas diminuisce (da T1 a T2) mentre il gas

continua ad espandersi e a compiere lavoro.

Compressione Isoterma (C → D):

La macchina cede calore (Q2) a una sorgente fredda a temperatura

costante (T2).

Durante la compressione, il gas viene compresso isotericamente,

mantenendo costante la temperatura, mentre cede calore

all'ambiente.

Compressione Adiabatica (D → A):

Anche in questo processo non vi è scambio di calore (Q=0), e il gas

viene compresso ulteriormente, aumentando la sua temperatura da

T2 a T1.

Efficienza del Ciclo di Carnot

L'efficienza η di una macchina di Carnot è data dalla formula:

dove (T_1) è la temperatura della sorgente calda e (T_2) è la

temperatura della sorgente fredda, entrambe espresse in Kelvin.

Questo ciclo rappresenta il massimo rendimento teorico che può

essere ottenuto da una macchina termica funzionante tra due

sorgenti di calore.

Ciclo di Stirling

Il ciclo di Stirling è un ciclo termodinamico che descrive il

funzionamento di un motore Stirling, un tipo di motore termico a

fluido lavorante. Esso operano attraverso cicli di compressione e

espansione di un gas a temperatura costante. Il ciclo di Stirling può

essere descritto in quattro processi principali:

Espansione Isoterma (A → B):

Il fluido lavorante (solitamente un gas) viene riscaldato a

temperatura costante (T1) trasferendogli calore (Qin) da una

sorgente calda.

Il gas si espande, compiendo lavoro sull'ambiente e diminuendo la

sua pressione.

Espansione Isocora (B → C):

Durante il primo processo di espansione, il gas assorbe calore e il

volume aumenta spontaneamente, mantenendo però un volume

costante fino al raggiungimento di un certo punto di temperatura.

Qui il gas all’interno del cilindro viene separato da una parte

scambiando energia termica.

Compressione Isoterma (C → D):

Il gas viene raffreddato a temperatura costante (T2) cedendo calore

(Qout) a una sorgente fredda.

Durante questa fase, il fluido si comprime, e il lavoro utilizza

l'energia accumulata durante l’espansione.

Compressione Isocora (D → A):

Il gas, mantenendo un volume costante, viene ulteriormente

compresso, aumentando la sua temperatura senza attività di

scambio termico.

Efficienza del Ciclo di Stirling

L'efficienza del ciclo di Stirling, seppur simile a quella del ciclo di

Carnot, è più complessa da calcolare in quanto dipende anche dalle