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Macchina termica

Una macchina termica è un sistema termodinamico in cui l'energia termica si converte parzialmente in lavoro ossia è un sistema concepito per produrre lavoro utile (es. energia meccanica) tramite l'utilizzo dell'energia termica (es. combustione). La macchina termica è uno dei concetti base della termodinamica. Alla base del suo funzionamento si trova il principio di Carnot in base al quale date due sorgenti con temperature diverse, gli elementi della sorgente a temperatura più alta si spostano sempre verso quelli a temperatura più bassa. Ciò accade, ad esempio, quando due contenitori d'acqua con temperatura diverse sono messi in diretto contatto tra loro.

MACCHINA TERMICA

Dati due serbatoi contenenti fluidi a temperatura diversa e messi a diretto contatto tra loro mediante un canale di collegamento, il fluido contenuto nel serbatoio a temperatura T1 si sposta verso il serbatoio a temperatura inferiore T2. Questo spostamento naturale del calore può essere convertito in energia meccanica tramite la presenza di una turbina all'interno del canale di collegamento. Lo spostamento dei fluidi spinge al moto la turbina, generando in tal modo energia meccanica ossia lavoro. Lo stesso esempio può essere ripetuto sostituendo al fluido una massa d'aria calda e una massa d'aria fredda, ottenendo il medesimo spostamento degli elementi più caldi verso quelli più freddi. Lo spostamento prosegue fin quando tra i due corpi sussiste un gradiente termico ossia una differenza di temperatura T1 > T2.

MACCHINA TERMICA

Così come insegna il primo principio della termodinamica, ossia "nulla si crea, nulla si distrugge e tutto si trasforma", anche nel caso della macchina termica si verifica una trasformazione dell'energia in forme diverse fino ad arrivare al lavoro. La trasformazione dell'energia da una forma all'altra non avviene al 100%, in ogni passaggio si registrano delle perdite di energia più o meno marcate, che riducono il rendimento della macchina termica. L'energia persa durante il processo di combustione, ad esempio il calore emanato dalla macchina durante il suo funzionamento, incrementa in modo irreversibile l'entropia, una grandezza fisica coniata per identificare e misurare il degrado dell'energia da una forma all'altra. Tale processo è irreversibile ed è spiegato nella fisica moderna tramite il secondo principio della termodinamica. La prima macchina termica della storia è la macchina a vapore di Watt, quest'ultima è in grado di produrre una energia meccanica (lavoro) a partire dall'energia termica.

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