Le Macchine Termiche

Una macchina e' qualcosa che converte il calore in lavoro.

La macchina termica e' un qualunque congegno che operando ciclicamente assorbe una quantita' di calore Q1 da una sorgente a temperatura T1 cede una quantita' di calore Q2 minore di Q1 da una sorgente a temperatura T1 cede una quantita' piu' bassa di T2 e realizza al contempo un lavoro.ad esempio una delle vecchie locomotive a vapore con temperatura iniziale del vapore di 200° scaricato nell atmosfera a temperatura di 100° potrebbe avere un rendimento del 21% e invece grazie agli scarichi si riusci ad usufruire solo del 10%.

Ad esempio una moderna centrale elettrica puo' introdurre nelle turbine anche 500° e scaricarne 40° e il rendimento sarebbe del 61% ma invece grazie agli scarichi anche se perfezionati nel tempo non supera il 40%.

In questi due esempi vi e' l' evoluzione delle macchine a vapore nell ultimo secolo e cioe' quadruplicare il lavoro consumando la stessa energia introdotta.

Nelle centrali termiche" la sorgente calda" e' costituita da una caldaia,da un combustore e da "una sorgente fredda".

Poiche il lavoro utile e' del 40% cio' significa che del totale dell' energia termica dei combustibili cio' il 60% finisce nell ambiente,in acqua o aria, costituendo il noto fenomeno dell inquinamento.  Per comprendere bene il funzionamento delle macchine termiche abbiamo bisogno di una macchina e di un ciclo semplice,ad esempio come la macchina di Carnot.

E' costituita da un gas racchiuso in un recipiente cilindrico dotato di pistone.

Il recipiente puo' essere a piacere a contatto con due fonti di calore a temperatura inferiore e una a temperatura superiore,oppure puo' essere lasciata isolata dall' esterno.

E' possibile seguire un ciclo misurando le variazioni di pressione all' interno del cilindro.

Se il gas  viene compresso in un volume piccolo, la pressione aumenta se la temperatura e' costante o no.

Per ottenere una variazione di pressione a temperatura costante e' necessario tenere il cilindro a contatto con un serbatoio di calore in modo tale che il calore sviluppato durante la compressione fuoriesca fuori da esso.

Invece se teniamo il cilindro isolato termicamente durante la compressione aumenta la temperatura del gas che si traduce subito in un aumento ulteriore della pressione che si somma a quello della compressione.

Isotermica a temperatura costante.

Adiabatica quando il cilindro e' isolasto termicamente

Ormai abbiamo capito che soltanto una parte del calore che una macchina termica preleva alla sorgente che si trova alla temperatura maggiore puo' essere convertita in lavoro.

L' altra parte viene sprecata,ma senza questo " spreco" non sarebbe possibile comprimere il fluido e concludere il ciclo.

Il rendimento e' definito come rapporto tra il lavoro prodotto dalla macchina termica in un ciclo e la quantita' di calore che ogni ciclo preleva dalla temperatura piu' alta.

Per una macchina che lavora con 2 sorgenti di calore la formula e' :

Wtot = Q Q Q Q