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Fisica tecnica/Secondo principio della termodinamica: differenze tra le versioni

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Se consideriamo il rendimento massimo trovato da Carnot per una macchina termica :
 
n= (Ti-Tf)/ Ti dove Ti= temperatura assoluta iniziale (in gradi Kelvin cioè)
Tf= temperatura assoluta finale
 
si vede subito che n (rendimento) non potrà mai essere numericamente uguale a 1 ovvero 100% di trasformazione
Tipicamente per una macchina a vapore per motivi vari n non supera il 10%-15% mentre diverso è il rendimento di una macchina elettrica che può arrivare al 40%.Questo dà subito una spiegazione del perchè le macchine a vapore sono state soppiantate da quelle elettriche.
In ogni caso gli studi proseguirono e con questi nasce anche una nuova branca del sapere fisico,la Termodinamica enuovee nuove grandezze quali l'Energia Interna U e la Entalpia H,ovvero il calore posseduto da un corposcambiato a determinatapressione temperatura,dacostante.Infatti nonla confondereEntalpia concome ill'Energia calore specifico.Infatti la entalpiainterna di un corpo èsono una '''funzionefunzioni di stato''' cioè dipendedipendeno solo dalo stato inizile e a quello finale del processo che lo coinvolge e non da come vi si giunge.|matematicamente la si definisce un integrale esatto|
E' da notare che attualmente l'energia elettrica,comunque ottenuta,è tutt'ora la forma più performante e sfruttabile di energia.
La stessa energia nucleare può essere utilizzata solo sotto forma di calore per scaldare,guarda caso! ancora l'acqua per produrre vapore.Direttamente,senza intermediari non la si può controllare: bomba atomica.
Successivamente con gli studi di Clausius verso la fine dell'Ottocento si arriverà ad un'altra formulazione,quella oggi più importante,ovvero con l'introduzione di una nuova funzione di stato ,la Entropia.Questa ha sempre a che vedere con il calore ma più precisamente con il rapporto tra la variazione di questa e la temperatura risultante.Tale rapporto e quindi l'entropia di un corpo ha la cartteristica di non diminuire mai spontaneamente ma di aumentare sempre.Difatti la nuova enunciazione del Secondo Principio è detta entropica: "l'entropia di un sistema aumenta sempre" dove per sistema si deve considerare l'intero Universo.
Successivamente con gli studi di Clausius verso la fine dell'Ottocento si arriverà ad un'altra formulazione,quella oggi più importante,ovvero con l'introduzione di una nuova funzione di stato ,la Entropia S.Questa ha sempre a che vedere con il calore ma più precisamente con il rapporto tra la variazione di questo e la temperatura risultante.Tale rapporto e quindi l'entropia di un corpo ha la cartteristica di non diminuire mai spontaneamente ma di aumentare sempre.Difatti la nuova enunciazione del Secondo Principio è detta entropica: "l'entropia di un sistema aperto aumenta sempre" dove per sistema aperto si deve considerare l'intero Universo.La locuzione "aperto" lascia la possibilità che in un sistema isolato,cioè che non prevede scambi con l'esterno,la entropia possa invece diminuire.Sembra una contraddizione ed in effetti lo è nel senso che lascia una certa indeterminazione sulla natura della stessa entropia.Questo apre a sua volta al discrimine del perchè un processo avvenga o perchè invece non avviene.Infatti c'è da attendersi che un processo in cui l'entropia ,per così fire,vada controcorrente sia non proprio favorito.In realtà il Secondo Principio non è così categorico come potrebbe sembrare data l'enunciazione entropica secca e definitiva. Innanzitutto esistono processi in cui tale funzione di stato non varia,nè in un senso né nell'altro,semplicemente resta uguale.Questi sono i procressi reversibili quali ad esempio le espansioni adiabatiche( cioè senza scambio di calore) o le compressioni sempre adiabatiche.Inquesti processi l'Energia interna U cambia ma per il lavoro che il sistema compie espandendosi o per quello che sul sistema viene fatto comprimendolo.Infatti U = Q - W dove Q èil calore in gioco e W il lavoro svolto (con segno -) o assorbito ( con segno +).
Cambiando la energia interna del sistema cambia la temperatura di questo e precisamente scende se c'è espansione (effetto Joule Thompson inverso) e sale se c'è compressione.Provare con una classica pompa di bicicletta!
Il raffreddamento della espansione viene utlizzato ad esempio nei frigoriferi nel qual caso il processo non è adiabatico in quanto si sottrae calore a quanto contenuto nel freezer, che appunto si raffredda.Questo esempio chiarifica che non si può confondere calore con la temperatura.
Si vede subito che essendo adiabatico il processo il calore Q resta inalterato mentre si sottrae W nelprimo caso e si agginge nel secondo caso.
Alla Entropia si lega il concetto di ordine o disordine di un sistema e precisamente quindi se l'entropia aumenta sempre anche il disordine è destinatao ad aumentare costantemente.
E' possibile come detto che in sistema isolato cioè localmente l'entropia diminuisca,noi e gli esseri viventi ne sia mosiamo un esempio in quanto strutture altamente organizzate,ma nel complesso ,se consideriamo non solo il ristetto ambito che ci riguarda come viventi,ma tutto l'insieme che ci circonda il disordine e qundi l'entropia tenderà sempre ad aumentare.Come?Semplice noi invecchiamo ad ogni istante così come ogni organismo che vive e scontiamo questo con il perdere progressivamente quella capacità fisica,intelettuale a cui diamo il nome di giovinezza o di salute.Un fiore avvizzisce dopo la fioritura,un corpo si decompone dopo la morte restituendo al sistema Universo la nostra parte di entropia.E' il Sole che ci fornisce energia a basso livello di entropia ,non solo come erroneamente si pensa energia e,per assurdo che possa sembrare,lo spazio circostante,freddo, che rende possibile il tutto.Il Secondo Principio infatti per essre valido deve prevedere una fonte di calore e uno assoritore a bassa temperatura.Ecco perchè l'energia nucleare libera non la si può utilizzare,mancherebbe la sorgente fredda adatta llo scopo.Questo avviene solo nelle stelle con lo spazio siderale a 2,76 °K,cioè parecchio freddino! attorno.(continua)Q.L.
 
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