LA SECONDA LEGGE DELLA TERMODINAMICA

Ordine e disordine

Ogni microstato ha la medesima probabilità di sa.

Se vengono lanciate N monetine, il valore atteso per il numero di teste è

Se si permette a un sistema, composto da più parti, di compiere una trasformazione spontanea, il sistema si trasformerà in modo tale da aumentare il suo disordine o almeno da non diminuirlo.

Seconda legge della termodinamica

Enunciato di Clausius: è impossibile realizzare un processo in cui unico risultato sia il passaggio del calore da un corpo a un altro a temperatura più alta.

Formulazione probalistica: un sistema isolato tende ad andare verso lo stato di massimo disordine, che è anche lo stato più probabile.

Formulazione entropica: quando un sistema isolato subisce una trasformazione, la usa variazione di entropia è maggiore o uguale a zero.

Enunciato di Lord Kelvin: non può esistere in natura un dispositivo che come unico risultato converta in lavoro meccanico il 100% del calore a esso fornito.

L'entropia

Si chiama trasformazione reversibile un processo termodinamico che porta un sistema dallo stato A allo stato B mediante una successione di stati di equilibrio, senza dispersione di energia, in modo tale che sia possibile riportare il sistema dallo stato B allo stato A compiendo il processo in senso inverso.

L'entropia è una funzione termodinamica di stato, definita in termini di numero W di microstati che formano il particolare microstato di cui S rappresenta l'entropia:

S = k ln W

Supponendo che una certa quantità di calore Q venga fornita, in modo reversibile, a un sistema la cui temperatura sia mantenuta costante al valore T, si definisce variazione di entropia DS del sistema, relativa a tale trasformazione reversibile, il rapporto:

riformulazione seconda legge della termodinamica:

Se un sistema isolato va incontro a una trasformazione spontanea, esso si trasforma in modo che la sua entropia aumenti o, al più, rimanga invariata.

Le macchine termiche: trasformazione di energia termica in lavoro

Per macchina termica si intende un dispositivo capace di convertire l'energia termica in lavoro meccanico.

rendimento

Il rendimento Massimo di una macchina termica che sia operante tra le due temperature T_fredda e T_calda risulta essere:

rendimento massimo

Macchina di Carnot

Prima fase:

Seconda fase:

Terza fase:

Quarta fase:

Coefficiente di guadagno delle macchine frigorifere e delle pompe di calore

Il coefficiente di guadagno C_g è

C_g (macchina frigorifera) =

C_g (pompa di calore) =

I valori massimi, relativi al coefficiente di guadagno di macchine frigorifere e alle pompe di calore che risultano operanti tra le due temperature T_fredda e T_calda, sono:

C_g massimo (macchina frigorifera) =

C_g massimo (pompa di calore) =