Ciclo di Carnot ed Entropia
Ciao a tutti,
studiando il secondo principio della termodinamica e in particolare il ciclo di Carnot c'è qualcosa che mi sfugge.
Un ciclo di Carnot viene detto che ha ΔS=0. In realtà i miei interrogativi partono proprio da qui.
Se durante la trasformazione isoterma di espansione viene assorbita una quantità di calore Q1, parte convertita in lavoro L e parte ceduta sempre in calore Q2 al serbatoio più freddo a temperatura T2 (durante la compressione isoterma), come può, proprio per via di questo Q2, ΔS essere pari a 0?
Lo scambio di calore tra il serbatoio più caldo 1 e quello più freddo 2 non comporta una diminuzione della temperatura del serbatoio 1 e un innalzamento di quella del serbatoio 2, fino a ristabilirne l'equilibrio?
Questo non si spiega con un aumento dell'entropia dell'universo, ovvero ΔS>0 ?
Grazie a chiunque risponderà o presterà attenzione a questa domanda
studiando il secondo principio della termodinamica e in particolare il ciclo di Carnot c'è qualcosa che mi sfugge.
Un ciclo di Carnot viene detto che ha ΔS=0. In realtà i miei interrogativi partono proprio da qui.
Se durante la trasformazione isoterma di espansione viene assorbita una quantità di calore Q1, parte convertita in lavoro L e parte ceduta sempre in calore Q2 al serbatoio più freddo a temperatura T2 (durante la compressione isoterma), come può, proprio per via di questo Q2, ΔS essere pari a 0?
Lo scambio di calore tra il serbatoio più caldo 1 e quello più freddo 2 non comporta una diminuzione della temperatura del serbatoio 1 e un innalzamento di quella del serbatoio 2, fino a ristabilirne l'equilibrio?
Questo non si spiega con un aumento dell'entropia dell'universo, ovvero ΔS>0 ?
Grazie a chiunque risponderà o presterà attenzione a questa domanda
Risposte
Ma il serbatoio di temperatura per definizione non cambia la propria temperatura.
Per una qualsiasi trasformazione ciclica la variazione complessiva di entropia è nulla, essendo questa una funzione di stato, come si deduce dal teorema di Clausius.
Per quanto riguarda il ciclo di Carnot, nella definizione delle trasformazioni termodinamiche viene utilizzato il concetto ideale di sorgente a temperatura costante, anche con variazione dell'energia interna. Cosa che si verifica con buona approssimazione in diverse situazioni. Per esempio una macchina termica che cede energia di scarto all'atmosfera (sorgente a temperatura inferiore) si può supporre che scambi a temperatura costante, visto che la variazione di energia interna dell'atmosfera praticamente non influisce nella sua temperatura.
Altra idealizzazione che viene fatta è quella di scambio di calore che avviene tra fluido e sorgente mantenendo una differenza di temperatura nulla tra i due. Lo scambio in queste condizioni in realtà non avviene.
Quindi il ciclo di Carnot è una trasformazione irrealizzabile nella pratica, non tanto per il fatto che non sia possibile trovare delle sorgenti a temperatura costante (il problema potrebbe essere risolto utilizzando una sorgente che riceve calore dalla macchina e cede la stessa quantità all'mbiente esterno), ma per il fatto che trasformazioni perfettamente quasi statiche non esistono.
Non può essere definita una temperatura del sistema termodinamico uguale a quella della sorgente in ogni istante della trasformazione, perchè avvenga scambio di calore ci deve essere un gradiente di temperatura (conduzione o convezione) o una differenza (irraggiamento).
Per quanto riguarda il ciclo di Carnot, nella definizione delle trasformazioni termodinamiche viene utilizzato il concetto ideale di sorgente a temperatura costante, anche con variazione dell'energia interna. Cosa che si verifica con buona approssimazione in diverse situazioni. Per esempio una macchina termica che cede energia di scarto all'atmosfera (sorgente a temperatura inferiore) si può supporre che scambi a temperatura costante, visto che la variazione di energia interna dell'atmosfera praticamente non influisce nella sua temperatura.
Altra idealizzazione che viene fatta è quella di scambio di calore che avviene tra fluido e sorgente mantenendo una differenza di temperatura nulla tra i due. Lo scambio in queste condizioni in realtà non avviene.
Quindi il ciclo di Carnot è una trasformazione irrealizzabile nella pratica, non tanto per il fatto che non sia possibile trovare delle sorgenti a temperatura costante (il problema potrebbe essere risolto utilizzando una sorgente che riceve calore dalla macchina e cede la stessa quantità all'mbiente esterno), ma per il fatto che trasformazioni perfettamente quasi statiche non esistono.
Non può essere definita una temperatura del sistema termodinamico uguale a quella della sorgente in ogni istante della trasformazione, perchè avvenga scambio di calore ci deve essere un gradiente di temperatura (conduzione o convezione) o una differenza (irraggiamento).
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