Chiamiamo rendimento

fisica

Una macchina è un qualsiasi sistema capace di trasformare energia in lavoro utile o in altra forma di energia utilizzabile. 353j96d   Chiamiamo rendimento (h) di una macchina il rapporto tra l'energia trasformata e quella fornita:    h = 353j96d 353j96d 353j96d 353j96d 353j96d 353j96d 353j96d  

In ogni macchina la quantità di energia in entrata corrisponde sempre all'energia in uscita sotto forma di lavoro, calore o di altra forma di energia.   Si può anche dire che: 353j96d 353j96d 353j96d 353j96d "in ogni trasformazione, la somma del lavoro prodotto e della variazione di energia interna del sistema è equivalente all'energia fornita": E = L + DU

La situazione si fa particolarmente sconveniente quando la macchina è termica; Detti:

v A = l'area della superficie del pistone;

v P = la differenza tra la pressione interna ed esterna;

v F = la forza esercitata dalle molecole del gas sul pistone si ha:

P = e quindi F = P x A. 353j96d 353j96d 353j96d     Il lavoro corrispondente vale: L = F x DS = P x A x DS = P x DV

Tutto questo andrebbe bene se lo spostamento del pistone fosse infinitesimo, ma questo non accade; quindi il lavoro viene definito come la somma di tanti lavori infinitesimi, cioè l'area sottesa dalla curva della pressione in funzione del volume del gas.

In ogni trasformazione di energia da una forma all'altra, o di energia in lavoro, una parte dell'energia iniziale viene trasformata in calore. 

Da qui scaturisce il secondo principio della termodinamica: "il calore passa spontaneamente solo da un corpo a temperatura più alta a quello a temperatura più bassa".

Pertanto, mentre è possibile trasformare in calore tutto  il lavoro fornito, non è possibile trasformare in lavoro tutta l'energia fornita dalla macchina. Ne segue che una macchina termica ha sempre il rendimento minore a 1.

Poiché il calore passa spontaneamente solo da un corpo a temperatura più alta ad uno con temperatura più bassa, ed ogni scambio di calore cessa quando i corpi raggiungono equilibrio termico, il valore dell'energia dipende dalla temperatura alla quale il calore viene fornito; l'energia termica a bassa temperatura è energia degradata, dispersa nell'ambiente.

Una misura di questa perdita è data dal rapporto tra il calore prodotto    o non più utilizzato in una trasformazione e la temperatura alla quale viene immesso nell'ambiente: il rapporto prende il nome di entropia.

In natura le trasformazioni fisiche e le reazioni chimiche manifestano spesso una direzione privilegiata ed evolvono spontaneamente in n verso, me non nel verso opposto; diciamo che esse sono irreversibili. La reazione opposta può avvenire, ma è assai improbabile che essa si verifichi spontaneamente e riusciamo talvolta ad ottenerla solo fornendo energia dall'esterno. L'entropia è una funzione matematica che ci dà indicazioni sulla spontaneità con la quale avvengono le trasformazioni e le reazioni e quindi sulla probabilità del loro evento, in quanto tutte le trasformazioni spontanee evolvono nel verso che comporta un aumento dell'entropia (cioè una degradazione dell'energia).