CAPITOLO 13 Il secondo principio della termodinamica
10 Il rendimento R della macchina reversibile è sempre …………………………… o uguale del rendimento
S di un’altra macchina, e i due rendimenti sono …………………………… soltanto se anche la macchina S è ……………………………. 11 Il ciclo di Carnot è costituito da quattro fasi consecutive: un’espansione un’espansione
……………………………,
una compressione
……………………………
……………………………,
e una compressione
…………………………….
12 Il rendimento della macchina di Carnot a gas …………………………… è …………………………… dove T1 è la temperatura in
……………………………
……………………………
della sorgente
……………………………
e T2 è la temperatura in
della sorgente …………………………….
13 Il coefficiente di prestazione di un frigorifero è dato dal rapporto tra il calore sottratto alla sorgente …………………………… e il …………………………… esterno compiuto a tale scopo:
.
Esercizi 1
Una macchina termica assorbe in un ciclo una quantità di calore pari a 4300 J dalla sorgente calda e cede una quantità di calore pari a 3,5 103 J alla sorgente fredda. Calcola il lavoro compiuto dalla macchina.
2
Una macchina termica assorbe in un ciclo una quantità di calore pari a 1,2 103 J dalla sorgente calda e compie un lavoro di 780 J. Calcola la quantità di calore ceduta alla sorgente fredda.
3
Una macchina termica opera fra due sorgenti: a ogni ciclo preleva 3,6 kJ dalla più calda e ne rilascia 2600 J alla più fredda. Calcola il rendimento della macchina.
4
Il rendimento di una macchina di Carnot è del 32%. Essa preleva calore da una sorgente a 750 K. Determina la temperatura della sorgente a temperatura minore.
5
Calcola il rendimento di una macchina di Carnot che opera tra le temperature T2 = 350 °C e T1 = 60 °C.
6
Calcola il coefficiente di prestazione di un frigorifero che impiega un lavoro di 1550 J per estrarre 7,44 103 J di calore dal suo interno.
CAPITOLO 13 Il secondo principio della termodinamica
Piccole sfide 1
Il principio di funzionamento di una centrale nucleare del tipo BWR è, in linea di principio, piuttosto semplice. L’energia liberata dalle reazioni di fissione nucleare scalda acqua pressurizzata, che bolle a 320 °C. Il vapore aziona le turbine che generano elettricità e poi viene condensato in uno scambiatore di calore che funziona a 30 °C. Per mantenere costante la temperatura di 30 °C, lo scambiatore viene raffreddato da un flusso di acqua di 1,8 105 kg/s che è prelevata da un bacino idrico come un fiume o un lago. La centrale genera una potenza elettrica di 1300 MW e opera con un rendimento che è il 73% del suo massimo rendimento teorico, cioè il rendimento di una macchina di Carnot che lavori fra quelle temperature. Calcola l’aumento di temperatura dell’acqua nel bacino idrico.
2
Due macchine termiche operano in serie: il calore ceduto dalla macchina A è utilizzato per alimentare la macchina B, in modo tale che QFA = QCB . La macchina A funziona fra le sorgenti a temperatura T2 e T1 e la macchina B fra le sorgenti a temperatura T1 e T3. I rendimenti delle macchine sono rispettivamente A e B, mentre il rendimento totale delle due macchine è . Dimostra che T = A + (1– A) B.
