Lavoro di fisica
- 5. TRASFORMAZIONE DI CALORE IN LAVORO FU REALIZZATA MEDIANTE LE MACCHINE TERMICHE NE SONO ESEMPI STORICI QUELLE DI SAVERY (1695) NEWCOMEN (1705) WATT (1763) L’ANALISI DEL LORO PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO REALIZZATA PER LA PRIMA VOLTA DA CARNOT (1824) CONDUCE AL SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA DEL QUALE SONO ENUNCIATI EQUIVALENTI QUELLI DI CLAUSIUS KELVIN E’ IMPOSSIBILE TRASFERIRE SPONTANEAMENTE CALORE DA UNA SORGENTE FREDDA A UNA SORGENTE CALDA E’ IMPOSSIBILE COMPIERE LAVORO CICLICAMNETE ESTRAENDO CALORE DA UNA SORGENTE QUANDO OPERANO FRA DUE SOLE SORGENTI A TEMPERATURA T1 E T2 CON T1 < T2 PRELEVANO UNA QUANTITA’ DI CALORE Q2 DALLA SORGENTE A TEMPERATURA T2 CEDONO UNA QUANTITA’ DI CALORE Q1 ALLA SORGENTE A TEMPERATURA T1 REALIZZANO UN LAVORO L = Q2 – Q1 CON UN LAVORO UTILE RENDIMENTO = ---------------------------------- CALORE ASSORBITO ᶯ = 1 – Q1/Q2 = 1 – T1/T2 < 1 TALE ESPRESSIONE SI APPLICA A TUTTE LE MACCHINE REVERSIBILI CHE SCAMBIANO CALORE FRA DUE SOLE SORGENTI A TEMPERATURA T1 E T2 COME, AD ESEMPIO, QUELLE CHE REALIZZANO IL CICLO DI STIRLING CICLO DI CARNOT ENTROPIA
- 6. TRASFORMATION OF HEAT IN WORK WAS MADE BY THE THERMAL MACHINES HISTORICAL EXAMPLE ARE SAVERY (1695) NEWCOMEN (1705) WATT (1763) ANALYSIS OF THEIR PRINCIPLE WORKING FOR THE FIRST TIME MADE BY CARNOT (1824) LEAD TO SECOND LAW OF THERMODYNAMICS OF WHICH ARE SET OUT EQUIVALENTS CLAUSIUS KELVIN IT IS IMPOSSIBLE TO TRANSFER HEAT SPONTANEOUSLY FROM A COLD SOURCE TO A HOT SOURCE IT IS IMPOSSIBLE TO DO WORK CYCLICALLY REMOVING HEAT BY ONE SOURCE WHEN THEY OPERATE ONLY FROM TWO SOURCES AT THE TEMPERATURE T1 AND T2 WITH T1 < T2 THEY PICK A QUANTITY OF HEAT Q2 FROM THE SOURCE AT THE TEMPERATURE T2 THEY GIVE A QUANTITY OF HEAT Q1 FROM THE SOURCE AT THE TEMPERATURE T1 THEY MAKE A WORK W = Q2 – Q1 WITH A USEFUL WORK PERFORMANCE= ---------------------------------- ABSORBED HEAT ᶯ = 1 – Q1/Q2 = 1 – T1/T2 < 1 THIS EXPRESSION IS APPLIED TO EVERY REVERSIBLE MACHINES WHICH EXCHANGE HEAT BETWEEN ONLY FROM TWO SOURCES AT THE TEMPERATURE T1 AND T2 LIKE, FOR EXAMPLE, THOSE WHICH REALIZE THE STIRLING’S CYCLE CARNOT’S CYCLE THOSE OF ENTROPY
- 7. Il principio è semplice e si basa su un contenitore con due valvole. Il vapore spinge l'acqua contenuta nel serbatoio verso l'alto, quindi il vuoto istituito dalla condensazione provoca una depressione che aspira l'acqua che proviene dal basso. Si tratta di una macchina senza pistone destinata ad un unico uso: lo svuotamento delle acque dal fondo delle miniere
- 8. Nel disegno si nota che le aperture delle valvole d'immissione del vapore e quella dell'acqua di raffreddamento sono aperte meccanicamente tramite due leve. Si nota una pompa secondaria e accessoria, utilizzata per riempire la cisterna dell'acqua fredda destinata alla condensazione del vapore.
- 9. Il macchinario funziona tramite il vapore, prodotto nella caldaia, che viene immesso attraverso l’ apertura della valvola nel cilindro determinando, grazie alla sua espansione, l’ innalzamento del bilanciere. L’ apertura della prima valvola e la chiusura della seconda lascia fluire il vapore nel condensatore, determinando così l’ abbassamento del bilanciere. Nel condensatore, un getto d’ acqua fredda condensa il vapore, lasciandolo poi defluire attraverso la valvola di scarico. La macchina è a questo punto in grado di riprendere il ciclo.
- 10. In termomeccanica una macchina termica è un dispositivo fisico o teorico che converte l'energia termica fornita dall'ambiente esterno (calore) in lavoro. Le macchine termiche sono tipicamente cicliche e sono quindi descritte fisicamente da un ciclo termodinamico. Ogni macchina termica si attiene a questa formula: ᶯ = = = 1 - L Q2 – Q1 Q1 Q2 Q2 Q2
- 11. Il ciclo Stirling è un ciclo termodinamico che descrive il funzionamento di una classe di apparati (macchine generatrici o operatrici). Descrive l'originale motore Stirling che fu inventato e brevettato nel 1816 dal reverendo Robert Stirling aiutato sostanzialmente dal fratello ingegnere.
- 12. Il ciclo di Carnot ha la proprietà di essere il ciclo termodinamico che evolve tra le due sorgenti con il rendimento termodinamico maggiore. Non esiste nessun altro ciclo che abbia come temperature estreme le stesse isoterme del ciclo di Carnot, tale da avere un rendimento superiore a quello di Carnot.
- 13. L’entropia è la tendenza delle trasformazioni energetiche ad essere meccanicamente inutilizzabili (Aumento di entropia di un gas) ΔS = S - S =B A ( )Ʃ N 1 i ΔQ Ti i AB
- 14. The principle is simple and is based on a container with two valves. The steam pushes the water contained in the reservoir upward, and then the vacuum established by the condensation creates a depression that sucks the water that comes from below. It is a machine without a piston intended for a single use: the emptying of the water from the bottom of the mines home
- 15. In this illustration you can see that the openings of the intake valves of the steam and the cooling water are opened mechanically by means of two levers. There is a secondary pump and accessory, used to fill the tank of cold water intended for steam condensation.
- 16. The machinery works via the steam produced in the boiler, which is entered through the opening of the valve in the cylinder determining, thanks to its expansion, the raising of the barbell. The opening of the first valve and the closing of the second leaves flow the steam in the condenser, thereby lowering the barbell. In the condenser, a jet of cold water condenses the steam, and letting it flow through the exhaust valve. The machine is now able to resume the cycle.
- 17. In thermo-mechanical a heat engine is a physical or theoretical device that converts thermal energy supplied by the external environment (heat) into work. The thermal machines are typically cyclical and are therefore physically described by a thermodynamic cycle. Every thermal machines abides at this formula: ᶯ = = = 1 - L Q2 – Q1 Q1 Q2 Q2 Q2
- 18. The Stirling’s cycle is a thermodynamic cycle that describes the operation of a class of devices (generating machines or operators). Describes the original Stirling engine that was invented and patented in 1816 by the Reverend Robert Stirling substantially helped by his brother engineer.
- 19. The Carnot cycle has the property of being the thermodynamic cycle that evolves between the two sources with greater thermodynamic efficiency. There is no other cycle that has as extreme temperatures the same isotherms of the Carnot cycle, so as to have a higher performaances than that of Carnot.
- 20. Entropy is the tendency of the energy transformations to be mechanically unusable (Increase of entropy of a gas) ΔS = S - S =B A ( )Ʃ N 1 i ΔQ Ti i AB
- 21. TRASFORMAZIONI TERMODINAMICHE DI UN GAS IDEALE ISOCORA Q=∆U L=0 ∆U=Cmvn∆T ISOBARA Q=Cmpn∆T L=P∆V ∆U=Cmvn∆T ISOTERMA Q=nRTln(V2/V1) L=nRTln(V2/V1) ADIABATICA ∆U=0 Q=0 L=-Cmvn∆T ∆U=Cmvn∆T CICLO TERMODINAMICO UNA LORO SEQUENZA CHIUSA DEFINISCE UN PER IL QUALE ∆U=0 L : AREA DELLA FIGURA PIANA CHE RAPPRESENTA IL CICLO NEL PIANO P , V REVERSIBILI IRREVERSIBILI REALIZZATE MEDIANTE SUCCESSIONI DI STATO DI QUASI EQUILIBRIO SUCCESSIONI DI STATI DI NON EQULIBRIO Cmp e Cmv SONO LEGATI DALLA RELAZIONE DI MAYER Cmp=Cmv+R
- 22. THERMODYNAMIC PROCESSES OF AN IDEAL GAS ISOCHORIC Q=∆U L=0 ∆U=Cmvn∆T ISOBAR Q=Cmpn∆T L=P∆V ∆U=Cmvn∆T ISOTHERM Q=nRTln(V2/V1) L=nRTln(V2/V1) ADIABATIC ∆U=0 Q=0 L=-Cmvn∆T ∆U=Cmvn∆T THERMODYNAMIC CYCLE THEIR CLOSED SEQUENCE DEFINE A FOR WHICH ∆U=0 L : AREA OF THE PLANE FIGURE THAT REPRESENTS THE CYCLE IN THE PLANE P , V REVERSIBLE IRREVERSIBLE REALIZZED BY SEQUENCES OF STATE OF ALMOST EQUILIBRIUM SEQUENCES OF STATE OF NON-EQUILIBRIUM Cmp e Cmv ARE LINKED BY MAYER’S RELATION Cmp=Cmv+R
- 23. TRASFORMAZIONE ISOCORA In termodinamica una trasformazione isocora è una variazione dello stato di un gas durante la quale il volume rimane costante mentre la pressione e la temperatura aumentano. IN UNA TRASFORMAZIONE ISOCORA SI HA: Un rifornimento di calore Q: Q=Cmvn∆T Una variazione dell’energia interna del gas: ∆U=Cmvn∆T Poiché il volume rimane invariato, non c’è nessun lavoro: L=0 HOME
- 24. In termodinamica una trasformazione isobara è una trasformazione termodinamica dello stato di un gas durante la quale la pressione rimane costante mentre il volume e la temperatura del gas aumentano. IN UNA TRASFORMAZIONE ISOBARA SI HA: Un rifornimento di calore Q: Q= Cmpn∆T Un compimento di lavoro L: L=P∆V=nR∆T Una variazione dell’energia interna del gas: ∆U=Cmvn∆T La pressione rimane invariata HOME
- 25. In termodinamica una trasformazione isoterma è una variazione dello stato di un gas durante la quale la temperatura rimane costante mentre il volume o la pressione aumentano. IN UNA TRASFORMAZIONE ISOTERMA SI HA: Un compimento di lavoro L: L=nRTln(V2/V1) Aumento del volume a discapito della pressione Aumento della pressione a discapito del volume Poiché la temperatura rimane invariata, non c’è nessuna variazione dell’energia interna: ∆U=0 HOME
- 26. In termodinamica una trasformazione adiabatica è una variazione dei parametri P, V, T del sistema senza che si produca alcuno scambio di calore con l’ambiente esterno. IN UNA TRASFORMAZIONE ADIABATICA SI HA: Un compimento di lavoro L: L=-Cmvn∆T Una variazione dell’energia interna del gas: ∆U=Cmvn∆T Una variazione dei parametri P, V, T Poiché non si produce scambio di calore con l’esterno: Q=0 HOME
- 27. Si definisce ciclo termodinamico una successione finita di trasformazioni termodinamiche al termine delle quali il sistema torna al suo stato iniziale. IN UN CICLO TERMODINAMICO SI HA: Un compimento di lavoro L: Labcda=(Pa-Pd)x(Vb-Va) Un rifornimento di calore Q: Q=L Una variazione dei parametri P, V, T Poiché in un ciclo termodinamico la temperatura ritorna allo stato iniziale: ∆U=0 HOME
- 28. Si definisce trasformazione termodinamica di un gas una sequenza di modificazioni dei valori delle grandezze termodinamiche pressione P, volume V, temperatura T del gas stesso che conduce da uno stato caratterizzato dai valori P1, V1, T1 ad uno stato caratterizzato dai valori P2, V2, T2. HOME
- 29. Una trasformazione termodinamica si dice reversibile quando in ogni punto del volume V del gas, è possibile individuare un identico valore della pressione e un identico valore della temperatura. Una trasformazione termodinamica si dice irreversibile quando in ogni punto del volume V del gas, non è possibile individuare un identico valore della pressione e un identico valore della temperatura. HOME
- 30. Sostituendo dal primo principio della termodinamica le tre relazioni presenti nella trasformazione isobara, è possibile ricavare la seguente relazione: Cmp=R+Cmv Questa relazione è chiamata «relazione di Mayer», che mette in correlazione i calori specifici a volume e a pressione costante di un gas ideale. HOME
- 31. ISOCHORIC TRANSFORMATION In thermodynamics an isochoric transformation is a variation of the state of a gas, during which the volume remains constant while the pressure and temperature increase. AN ISOCHORIC TRANSFORMATION HAS: A supply of heat Q: Q=Cmvn∆T A change in internal energy of the gas: ∆U=Cmvn∆T Because the volume remains the same, there isn’t work: L = 0 HOME
- 32. In thermodynamics, an isobaric transformation is a thermodynamic transformation of the state of a gas, during which the pressure remains constant while the volume and temperature of the gas increases. AN ADIABATIC TRANSFORMATION HAS: A supply of heat Q: : Q= Cmpn∆T A completion of work L: L=P∆V=nR∆T A change in internal energy of the gas: ∆U=Cmvn∆T The pressure remains unchanged HOME
- 33. In thermodynamics an isothermal transformation is a variation of the state of a gas, during which the temperature remains constant while the volume or pressure increases. AN ISOTHERM TRANSFORMATION HAS: A completion of work L: L=nRTln(V2/V1) Volume increase at the expense of pressure Pressure increase at the expanse of volume Because the temperature remains unchanged, there isn’t change in internal energy: ∆U=0 HOME
- 34. INIZIOINDIETRO
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- 39. Sitografia e bibliografia:………. Realizzato da: GIROLAMO & LORENZO MORANO Curato da: Prof.ssa MARIA LUISA DI PIETRO Prof.ssa CORRADA DIMAURO Prof.ssa CLAUDIA AMATO