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LA TERMODINAMICA
Ene Alexandra 4AA
Termodinamica
La termodinamica studia le leggi con cui i sistemi scambiano energia con l'ambiente.
Sistema termodinamico
Per sistema termodinamico si intende un’area circoscritta di materia che è fisicamente o idealmente separata dall’ambiente esterno attraverso una superficie confine.
aperto
Aperto
è un sistema che riesce a scambiare sia energia che materia attraverso il suo confine con l’ambiente esterno.
Il corpo umano può essere un esempio di sistema termodinamico aperto, basti pensare all’aria che scambiamo con l’ambiente esterno attraverso le vie respiratorie.
chiuso
Chiuso
Un sistema termodinamico chiuso invece riesce a scambiare con l’universo esterno solamente energia.
Sono esempi di sistemi chiusi i circuiti di riscaldamento domestico. Oppure come vedremo dopo i i pannelli solari termodinamici
isolato
Isolato
I sistemi termodinamici isolati non possono scambiare con l’ambiente esterno né energia né materia.
L’universo si pensa sia l’unico sistema isolato esistente perché non scambia niente con l’esterno però è ancora considerato un concetto astratto
Primo principio
I principi della termodinamica, enunciati nel corso del XIX secolo, regolano le
trasformazioni termodinamiche, il loro svolgersi, ed i loro limiti.
Il primo principio della termodinamica (anche detto Legge di conservazione
dell'energia) stabilisce
“l'equivalenza di calore e lavoro”.
• L'energia non si genera.
• L'energia non si distrugge.
formula
formula
la variazione di energia interna è pari alla differenza fra il calore assorbito e il lavoro compiuto dal sistema durante la trasformazione:
traformazioni
trasformazioni
Le trasformazioni avvengono tutte con il gas perfetto
ISOCORA
Una trasformazione isocòra è una variazione dello stato di un sistema durante la quale il volume rimane costante
Isoterma
ISOTERMA
è una trasformazione termodinamica a temperatura costante
Adiabatica
ADIABATICA
una trasformazione che avviene senza scambio di calore fra il sistema e l'ambiente
Secondo principio
Stabilisce il verso delle interazioni termodinamiche, o
meglio ancora: chiarisce il perché una trasformazione avviene spontaneamente in un modo piuttosto che in un altro.
Es: Il calore che fuoriesce naturalmente da una sorgente più calda e si dirige verso una più fredda: il processo inverso è impossibile.
Impossibilità, questa, non deducibile dal 1° principio della termodinamica.
Enunciato di Kelvin
- è impossibile realizzare una trasformazione il cui
unico risultato preveda che tutto il calore
assorbito da una sorgente omogenea sia
interamente trasformato in lavoro
- Non è possibile realizzare una macchina termica il cui rendimento sia pari al 100%.
Enunciato di Clausius
è impossibile realizzare una trasformazione il cui unico
risultato sia quello di trasferire calore da un corpo più freddo a uno più caldo
Sistema solare termodinamico
Si tratta di un sistema termico chiuso (scambia solo energia, in questo caso termica).
Un pannello solare termodinamico quindi permette ad un’abitazione il riscaldamento sia di ambienti che dell’acqua calda
Materiali e prezzi
MATERIALI E PREZZI
Il solare fotodinamico è sostanzialmente un impianto fotovoltaico composto però da pannelli che non sfruttano il silicio ma il tellururo di cadmio (composto chimico cristallino composto da cadmio e tellurio che sono considerati materiali di scarto nei processi di estrazione dei minerali non ferrosi) Questo materiale è dannoso se usato in maniera sbagliata, quindi per la realizzazione dei pannelli viene incapsulato
A un impianto per una famiglia media, con potenza pari a 3 Kwp, può costare da 3.000 € a 10.000 € di soli materiali a cui vanno però aggiunti circa 1.500-2.000 € di installazione e infine l’IVA.
Come funziona
Nella prima fase del circuito solare termico il fluido termovettore frigorigeno entra in un circuito chiuso all’interno del pannello, viene riscaldato dall’energia solare assorbita , passa dallo stato liquido a quello gassoso e viceversa.
un compressore, alimentato elettricamente aspira il gas e lo comprime, aumentando la sua pressione e temperatura (isocora)
il gas compresso circola in una serpentina posta in un condensatore, che trasmette il calore dal gas all’acqua nel serbatoio
infine, il gas torna liquido uscendo dalla valvola di sfogo per prepararsi a un nuovo ciclo
Ciclo di Carnot
Il funzionamento di un pannello termodinamico si basa sui principi della termodinamica (ciclo di Carnot)
Il ciclo di Carnot è una sequenza di quattro trasformazioni termodinamiche reversibili - due isoterme e due adiabatiche, alternate tra loro - eseguite in modo tale da formare un ciclo: lo stato termodinamico di partenza è lo stesso di quello di arrivo.
Il teorema di Carnot afferma che nessuna macchina termica che scambi calore con due sorgenti alle temperature assolute T1 e T2 può avere un rendimendo maggiore o uguale a quello della sua macchina ideale.