Entropia sistemi di cottura con fornelli ad induzione
Ciao a tutti,
avrei una domanda sull'utilizzo dei fornelli ad induzione che da qualche anno stanno affiancando/sostituendo i classici fornelli a gas.
Non sono sicuro globalmente sia una buona scelta in quanto quello che si sta facendo è trasformare energia da carbone, gas naturali, petrolio ecc. dapprima in un vapore ad alta temperatura e poi in energia elettrica trasportata fino a casa dell'utilizzatore. Tale energia elettrica è poi nuovamente trasformata in energia termica (calore).
Di fatto utilizziamo motori termici per alimentare le turbine ed i generatori elettrici per poi convertire nuovamente in calore attraverso i fornelli ad induzione.
L'entropia generata complessivamente da questo processo dovrebbe esser senz'altro maggiore rispetto al modello classico basato sui fornelli a gas.
Come la vedete ? Grazie
ps. Domanda analoga è presente anche su altri forum.
avrei una domanda sull'utilizzo dei fornelli ad induzione che da qualche anno stanno affiancando/sostituendo i classici fornelli a gas.
Non sono sicuro globalmente sia una buona scelta in quanto quello che si sta facendo è trasformare energia da carbone, gas naturali, petrolio ecc. dapprima in un vapore ad alta temperatura e poi in energia elettrica trasportata fino a casa dell'utilizzatore. Tale energia elettrica è poi nuovamente trasformata in energia termica (calore).
Di fatto utilizziamo motori termici per alimentare le turbine ed i generatori elettrici per poi convertire nuovamente in calore attraverso i fornelli ad induzione.
L'entropia generata complessivamente da questo processo dovrebbe esser senz'altro maggiore rispetto al modello classico basato sui fornelli a gas.
Come la vedete ? Grazie
ps. Domanda analoga è presente anche su altri forum.
Risposte
"cianfa72":
L'entropia generata complessivamente da questo processo dovrebbe esser senz'altro maggiore rispetto al modello classico basato sui fornelli a gas.
Sì è verissimo. Infatti non è assolutamente conveniente usare energia elettrica da fonti non rinnovabili per generare calore di nuovo alla fine.
Se l'energia viene però da fonti rinnovabili o "semi-rinnovabili" (intendo il nucleare che per alcuni può essere considerata fonte rinnovabile per altri no) invece questo uso ha più senso, infatti non va dimenticata la grande comodità di trasporto, distribuzione e uso dell'energia elettrica che la rende insostituibile, (almeno per ora... e non credo sia sostituibile a breve, medio e lungo termine sinceramente, poi sul lunghissimo siamo in scenari di fantascienza e non ha senso pensarci proprio).
"Faussone":
Sì è verissimo. Infatti non è assolutamente conveniente usare energia elettrica da fonti non rinnovabili per generare calore di nuovo alla fine.
Quindi è un tema sia di efficienza che di generazione di entropia.
Non conosco i dettagli ma un motore termico alimentato per es da petrolio/carbone per produrre lavoro meccanico (es far ruotare l'albero dell'alternatore elettrico) deve comunque scambiare calore tra almeno 2 sorgenti a temperatura diversa.
Il processo è ovviamente ciclico ed essendo per natura irreversibile comporta un aumento globale (sistema + ambiente) di entropia. Efficienza ed entropia sono legate in quanto per poter funzionare il motore termico deve comunque cedere quantità di calore alla temperatura più bassa (immagino alla temperatura dell'ambiente).
A questo processo di produzione di energia elettrica segue poi la conversione nuovamente in energia termica da parte dei fornelli ad induzione che ovviamente comporta una netta generazione di entropia.
Torna ?
Torna.
@cianfa72
Si corretto, efficienza e entropia comunque sono due cose diverse .
L'efficienza di un qualcosa in generale è data dall'effetto utile rapportato a quello che si spende per ottenerlo.
Nel caso di un motore termico l'effetto utile è il lavoro meccanico ottenuto, mentre ciò che si spende è il calore che il motore assorbe per produrre quel lavoro.
In un frigorifero l'effetto utile è il calore assorbito dalla sorgente fredda, mentre ciò che si spende è lavoro meccanico (assorbito dal frigorifero per funzionare).
In una caldaia a metano quello che si spende è il calore generato dal metano e quello che si ottiene è la quota di calore usata per riscaldare l'acqua dell'impianto di riscaldamento.
Riguardo l'entropia va tenuto in mente che ogni volta che c'è un qualcosa di ordinato che viene degradato in calore aumenta l'entropia dell'universo appunto, questo se il processo non può essere invertito per far tornare tutto l'universo alle condizioni iniziali (è il concetto di reversibilità).
Vedi qui per ulteriori dettagli (puoi leggere a partire da quel messaggio).
Nel caso dei fornelli a induzione va considerato che c'è un aumento di entropia dell'universo quando si produce nella centrale l'energia elettrica (da qualunque fonte si generi) e poi c'è una produzione di entropia quando tale energia è usata per produrre calore.
Questo è vero da qualunque fonte venga l'energia ovviamente, ma nel caso di energia da fonti rinnovabili (solare, eolico) ho solo convertito in calore qualcosa che alla fine sarebbe comunque stato convertito in calore in ultima analisi (questo accade sempre nell'universo), nel caso di energia proveniente da fonte non innovabile (per esempio da metano) ho prima convertito in lavoro una parte dell'energia termica a disposizione (una parte va persa in ambiente per forza) e poi ho convertito in calore quella energia utile che avevo ottenuto. Quindi comunque ho uno spreco. Se lo scopo era produrre calore per i miei fornelli avrei meglio fatto a usare direttamente il metano nei fornelli.
Ovvio che come dicevo va pure considerata la comodità di trasporto dell'energia elettrica e la immediata disponibilità per usi più diversi.
Alla fine comunque qualunque cosa "utile" fai aumenti l'entropia dell'universo, questo è inevitabile.
Se generi ordine in un sottoinsieme dell'universo stai generando disordine da un'altra parte dell'universo e in quantità maggiore dell'ordine generato (a meno che il processo che usi sia idealmente reversibile, in tal caso l'entropia dell'universo resterebbe costante, ma si tratta di un caso ideale non realizzabile).
Si corretto, efficienza e entropia comunque sono due cose diverse .
L'efficienza di un qualcosa in generale è data dall'effetto utile rapportato a quello che si spende per ottenerlo.
Nel caso di un motore termico l'effetto utile è il lavoro meccanico ottenuto, mentre ciò che si spende è il calore che il motore assorbe per produrre quel lavoro.
In un frigorifero l'effetto utile è il calore assorbito dalla sorgente fredda, mentre ciò che si spende è lavoro meccanico (assorbito dal frigorifero per funzionare).
In una caldaia a metano quello che si spende è il calore generato dal metano e quello che si ottiene è la quota di calore usata per riscaldare l'acqua dell'impianto di riscaldamento.
Riguardo l'entropia va tenuto in mente che ogni volta che c'è un qualcosa di ordinato che viene degradato in calore aumenta l'entropia dell'universo appunto, questo se il processo non può essere invertito per far tornare tutto l'universo alle condizioni iniziali (è il concetto di reversibilità).
Vedi qui per ulteriori dettagli (puoi leggere a partire da quel messaggio).
Nel caso dei fornelli a induzione va considerato che c'è un aumento di entropia dell'universo quando si produce nella centrale l'energia elettrica (da qualunque fonte si generi) e poi c'è una produzione di entropia quando tale energia è usata per produrre calore.
Questo è vero da qualunque fonte venga l'energia ovviamente, ma nel caso di energia da fonti rinnovabili (solare, eolico) ho solo convertito in calore qualcosa che alla fine sarebbe comunque stato convertito in calore in ultima analisi (questo accade sempre nell'universo), nel caso di energia proveniente da fonte non innovabile (per esempio da metano) ho prima convertito in lavoro una parte dell'energia termica a disposizione (una parte va persa in ambiente per forza) e poi ho convertito in calore quella energia utile che avevo ottenuto. Quindi comunque ho uno spreco. Se lo scopo era produrre calore per i miei fornelli avrei meglio fatto a usare direttamente il metano nei fornelli.
Ovvio che come dicevo va pure considerata la comodità di trasporto dell'energia elettrica e la immediata disponibilità per usi più diversi.
Alla fine comunque qualunque cosa "utile" fai aumenti l'entropia dell'universo, questo è inevitabile.
Se generi ordine in un sottoinsieme dell'universo stai generando disordine da un'altra parte dell'universo e in quantità maggiore dell'ordine generato (a meno che il processo che usi sia idealmente reversibile, in tal caso l'entropia dell'universo resterebbe costante, ma si tratta di un caso ideale non realizzabile).
Grazie della elaborata risposta, un dubbio sul link che hai citato:
La variazione di entropia del sistema 'gas nel cilindro' dipende unicamente dai suoi stati iniziale e finale (indipendentemente dalla trasformazione seguita per passare dallo stato iniziale a quello finale).
Quindi io direi che la differenza tra il processo di espansione adiabatica reversibile vs irreversibile sta in realta' nella variazione di entropia totale del 'sistema gas nel cilindro + ambiente'.
Nel caso reversibile la variazione di entropia del 'sistema gas nel cilindro' è compensata esattamente dalla variazione opposta di entropia dell'ambiente (variazione complessiva di entropia nulla).
Nel caso irreversibile invece no: la variazione di entropia del 'sistema gas nel cilindro' non è più compensata dalla variazione di entropia dell'ambiente e complessivamente si ha un aumento della stessa (entropia viene generata).
Questo si traduce quantitativamente osservando che l'entropia del gas dopo l'espansione, nel caso di espansione adiabatica contro una pressione esterna costante, è maggiore di quella di prima dell'espansione, mentre nel caso di espansione adiabatica graduale, contro una pressione esterna opportunamente dosata, l'entropia tra prima e dopo l'espansione sarebbe rimasta la stessa.
La variazione di entropia del sistema 'gas nel cilindro' dipende unicamente dai suoi stati iniziale e finale (indipendentemente dalla trasformazione seguita per passare dallo stato iniziale a quello finale).
Quindi io direi che la differenza tra il processo di espansione adiabatica reversibile vs irreversibile sta in realta' nella variazione di entropia totale del 'sistema gas nel cilindro + ambiente'.
Nel caso reversibile la variazione di entropia del 'sistema gas nel cilindro' è compensata esattamente dalla variazione opposta di entropia dell'ambiente (variazione complessiva di entropia nulla).
Nel caso irreversibile invece no: la variazione di entropia del 'sistema gas nel cilindro' non è più compensata dalla variazione di entropia dell'ambiente e complessivamente si ha un aumento della stessa (entropia viene generata).
L'esempio che ho fatto in quel link presuppone cilindro adiabatico, l'ambiente quindi scambia con il cilindro solo lavoro e la sua entropia resterebbe costante.
Ho fatto quell'esempio proprio per sottolineare come l'entropia è legata alle irreversibilità e al secondo principio.
Poi vero che l'entropia è una funzione di stato, ma la sua utilità è proprio in quanto detto.
Ho fatto quell'esempio proprio per sottolineare come l'entropia è legata alle irreversibilità e al secondo principio.
Poi vero che l'entropia è una funzione di stato, ma la sua utilità è proprio in quanto detto.
"Faussone":
L'esempio che ho fatto in quel link presuppone cilindro adiabatico, l'ambiente quindi scambia con il cilindro solo lavoro e la sua entropia resterebbe costante.
Quindi se capisco bene: nel caso del processo irreversibile poiché il cilindro è adiabatico la variazione di entropia dell'ambiente è nulla e quindi l'entropia complessiva generata nel 'sistema + ambiente' è proprio uguale alla variazione di entropia nel passaggio del sistema (gas nel cilindro) dallo stato iniziale a quello finale (calcolata su una qualunque trasformazione reversibile tra i due stati stessi)
"cianfa72":
Quindi se capisco bene: nel caso del processo irreversibile poiché il cilindro è adiabatico la variazione di entropia dell'ambiente è nulla e quindi l'entropia complessiva generata nel 'sistema + ambiente' è proprio uguale alla variazione di entropia nel passaggio del sistema (gas nel cilindro) dallo stato iniziale a quello finale (calcolata su una qualunque trasformazione reversibile tra i due stati stessi)
Sì corretto. La variazione di entropia del sistema ti dà proprio il grado di irreversiblità della trasformazione.
Nel caso il sistema scambia calore con l'ambiente invece, come hai osservato, va considerata la variazione complessiva di entropia di sistema e ambiente per avere questa corrispondenza col grado di irreversibilità.
Solo un altro commento sulla parte citata a quel link:
Consideriamo i 2 processi di espansione adiabatica del gas nel cilindro (reversibile vs irreversibile) a partire dallo stesso stato iniziale $(V_1,p_1,T_1)$. In entrambe le transformazioni lo stato finale del sistema gas ha pressione $p_2=p_{e}$. Chiamiamo $(V_2^{irr},p_2,T_2^{irr})$ lo stato finale raggiunto dalla trasformazione irreversibile.
Abbiamo detto che nel caso reversibile il lavoro fatto dal gas verso l'esterno è maggiore rispetto a quello fatto nel caso irreversibile per portare il sistema (gas nel cilindro) alla stessa pressione finale $p_2$. La variazione di energia interna del gas è pertanto diversa nei 2 casi.
Questo significa che non puo' esistere una transformazione reversibile adiabatica che porta il sistema gas dallo stato $(V_1,p_1,T_1)$ allo stato $(V_2^{irr},p_2,T_2^{irr})$. Necessariamente i valori di $V_2^{rev}$ e $T_2^{rev}$ a parità di pressione finale $p_2$ devono esser diversi dal caso irreversibile.
In altre parole la trasformazione reversibile 'teorica' che ci consente di calcolare la differenza di entropia tra gli stati $(V_1,p_1,T_1)$ e $(V_2^{irr},p_2,T_2^{irr})$ non puo' esser costituita da un solo tratto di adiabatica reversibile.
Questo si traduce quantitativamente osservando che l'entropia del gas dopo l'espansione, nel caso di espansione adiabatica contro una pressione esterna costante, è maggiore di quella di prima dell'espansione, mentre nel caso di espansione adiabatica graduale, contro una pressione esterna opportunamente dosata, l'entropia tra prima e dopo l'espansione sarebbe rimasta la stessa.
Consideriamo i 2 processi di espansione adiabatica del gas nel cilindro (reversibile vs irreversibile) a partire dallo stesso stato iniziale $(V_1,p_1,T_1)$. In entrambe le transformazioni lo stato finale del sistema gas ha pressione $p_2=p_{e}$. Chiamiamo $(V_2^{irr},p_2,T_2^{irr})$ lo stato finale raggiunto dalla trasformazione irreversibile.
Abbiamo detto che nel caso reversibile il lavoro fatto dal gas verso l'esterno è maggiore rispetto a quello fatto nel caso irreversibile per portare il sistema (gas nel cilindro) alla stessa pressione finale $p_2$. La variazione di energia interna del gas è pertanto diversa nei 2 casi.
Questo significa che non puo' esistere una transformazione reversibile adiabatica che porta il sistema gas dallo stato $(V_1,p_1,T_1)$ allo stato $(V_2^{irr},p_2,T_2^{irr})$. Necessariamente i valori di $V_2^{rev}$ e $T_2^{rev}$ a parità di pressione finale $p_2$ devono esser diversi dal caso irreversibile.
In altre parole la trasformazione reversibile 'teorica' che ci consente di calcolare la differenza di entropia tra gli stati $(V_1,p_1,T_1)$ e $(V_2^{irr},p_2,T_2^{irr})$ non puo' esser costituita da un solo tratto di adiabatica reversibile.
@cianfa72
Sì, tutto corretto quanto hai scritto.
Sì, tutto corretto quanto hai scritto.
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