OKPEDIA TERMODINAMICA

Secondo principio della termodinamica

Il secondo principio della termodinamica definisce l'irreversibilità di alcuni eventi termodinamici nel tempo. Il principio è strettamente connesso alla grandezza fisica denominata entropia. Esistono diverse formulazioni equivalenti del secondo principio della termodinamica, le formulazioni più note sono quelle di Clausius, di Kelvin-Planck.

  • "E' impossibile trasferire il calore da un corpo più freddo a quello più caldo" (Clausius).
  • "E' impossibile realizzare una trasformazione ciclica in cui il lavoro sia composto da tutto il calore assorbito da una sorgente omogenea" (Kelvin-Planck)

Sulla base di queste due formulazioni, tra loro equivalenti, non è quindi possibile costruire una macchina termica con rendimento pari al 100% e, pertanto, nemmeno una macchina termica in moto perpetuo. Nella trasformazione dell'energia una parte di quest'ultima andrà perduta, ossia sarà ceduta all'esterno sotto forma di calore dalla macchina termica. Questa perdita è irreversibile ed alimenta una grandezza chiamata entropia. In un sistema isolato l'entropia è una funzione non decrescente nel tempo. Ad esempio, il carbone rilascia calore durante la combustione, il calore generato dalla combustione non può più essere ritrasformato in carbone. Il processo è pertanto irreversibile. Mentre il lavoro può essere sempre convertito in calore, ciò non accade sempre nel caso inverso. Il calore si qualifica in relazione al suo livello termico T e dalla differenza con il livello termico dell'atmosfera Ta. Soltanto la parte del livello di calore superiore al livello termico atmosferico Ta può essere convertito in lavoro.

Wmax = Q f (T, Ta)

Data una quantità di calore Q disponibile ad una temperatura T e la temperatura dell'atmosfera Ta, il lavoro W ottenibile da Q è pari a Wmax = Q f (T, Ta) dove f è una funzione crescente rispetto a T che raggiunge il suo valore massimo, pari a 1, quando T tende a infinito e si azzera quando T=Ta. I valori intermedi tra 0 e 1 formano la cosiddetta scala termodinamica. La frazione di calore Qc che non viene convertita in lavoro viene scaricata in atmosfera in modo irreversibile. In natura nessuna frazione di calore presente in atmosfera può essere riconvertita in lavoro. Il bilancio energetico dell'intero processo è quindi identificato dalla seguente equazione:

Q = Wmax + Qc

L'aumento della quota di calore Qc dispersa in atmosfera determina il fenomeno irreversibile della degratazione energetica ( entropia ) e la diminuzione del lavoro massimo ottenibile Wmax dal livello di calore Q disponibile. Secondo il secondo principio della termodinamica in un sistema isolato l'energia è conservabile soltanto se il processo è reversibile. In conclusione, il secondo principio della termodinamica perfeziona la legge di conservazione dell'energia e definisce la non reversibilità dei processi termodinamici nel tempo poiché in natura non esiste un processo di trasferimento del calore da un corpo più freddo ad uno più caldo.

https://www.okpedia.it/secondo_principio_della_termodinamica



Termodinamica