5.1 LE MACCHINE TERMICHE Le sono sistemi termodinami ci che trasformano il calore in lavoro. Per poter funzionare con continuità devono operare , cioè con trasformazioni che, alla fine di ogni ciclo, riportano il sistema sempre alle condizioni iniziali. La macchina termica preleva calore da una , produce lavoro e restituisce parte del calore alla (v. Fig. 5.2) macchine termiche ciclicamente sorgente calda sorgente fredda Fig. 5.2 Schema concettuale di una macchina termica (MT). Il calore Q 1 è sottratto dalla sorgente di calore a T1 , si produce il lavoro W e si scarica la parte di calore (Q2 ) non trasformata in lavoro nella sorgente a T2 . Nelle macchine termiche reali, come, p.e., i motori a combustione interna, la sorgente calda è la reazione di combustione del combustibile, la sorgente fredda un fluido di raffreddamento o l’ambiente stesso. Possiamo definire una come un corpo, a temperatura uniforme, di capacità termica così elevata tale che la sottrazione o l’aggiunta di una quantità limitata di calore non provochi nessuna variazione di temperatura. Corpi idrici sufficientemente grandi (mari, laghi, ecc.), l’atmosfera, sistemi in equilibrio bifasico (p.e. liquido-vapore), termostati di adeguata capacità, possono costituire sorgenti di calore con un comportamento prossimo a quello ideale. sorgente di calore ideale Il o (η) di una macchina termica è definito come il . Applichiamo il primo principio al sistema costituito dalla macchina termica: ricordando che nelle trasformazioni cicliche la variazione delle funzioni di stato è nulla (v. § 1.6.2) e che, per convenzione, il calore ceduto dal sistema è negativo, risulta: rendimento efficienza rapporto tra il lavoro W prodotto e il calore Q sottratto alla sorgente calda nel singolo ciclo o nell’unità di tempo 1 e il lavoro vale: quindi il rendimento è: Per una macchina termi ca che produce lavoro è W > 0, quindi per la (5.1) è |Q | > |Q |. Ne deri va che il rendimento espresso dalla (5.2) è positivo e sempre inferiore a uno. 1 2 Il rendimento delle macchine termiche