Espansioni e compressioni non-quasi-statiche
Buongiorno a tutti, avrei bisogno di un chiarimento riguardo a un dubbio che mi è sorto leggendo una frase sul mio libro:
"Nel caso di trasformazioni non-quasi statiche il lavoro ottenuto in fase di espansione è minore di quello speso in fase di compressione: questo deficit di lavoro eguaglia l'aumento dell'energia interna del gas."
Fino a qua tutto ok. Poi aggiunge:
"Mentre il sistema può essere riportato al suo stato iniziale scambiando questo eccesso di energia sottoforma di calore con l'ambiente, l'unico modo per riportare l'ambiente alle sue condizioni iniziali è quello di trasformare tutto questo calore in lavoro, cosa proibita dal secondo principio della termodinamica."
Il mio dubbio risiede qui: Dato che il "deficit di lavoro" può essere visto come
[lavoro svolto dall'ambiente sul sistema] - [lavoro svolto dal sistema sull'ambiente]
se io cedo questo deficit sotto forma di calore all'ambiente non ho riportato sia l'ambiente che il sistema alle condizioni iniziali?
Edit: rileggendo credo di aver capito adesso che in questo caso considera il lavoro svolto e subito dall'ambiente uguali, quindi alla fine del "ciclo" l'ambiente è già alle condizioni iniziali mentre il sistema no (a causa del deficit di lavoro che viene immagazzinato sottoforma di energia interna): il sistema quindi deve cedere calore all'ambiente per riavere la stessa energia interna iniziale. Ma a questo punto anche se fosse possibile trasformare tutto il calore in eccesso dell'ambiente in lavoro esso non sarebbe svolto sul sistema portandolo ad una diversa energia interna da quella iniziale?
"Nel caso di trasformazioni non-quasi statiche il lavoro ottenuto in fase di espansione è minore di quello speso in fase di compressione: questo deficit di lavoro eguaglia l'aumento dell'energia interna del gas."
Fino a qua tutto ok. Poi aggiunge:
"Mentre il sistema può essere riportato al suo stato iniziale scambiando questo eccesso di energia sottoforma di calore con l'ambiente, l'unico modo per riportare l'ambiente alle sue condizioni iniziali è quello di trasformare tutto questo calore in lavoro, cosa proibita dal secondo principio della termodinamica."
Il mio dubbio risiede qui: Dato che il "deficit di lavoro" può essere visto come
[lavoro svolto dall'ambiente sul sistema] - [lavoro svolto dal sistema sull'ambiente]
se io cedo questo deficit sotto forma di calore all'ambiente non ho riportato sia l'ambiente che il sistema alle condizioni iniziali?
Edit: rileggendo credo di aver capito adesso che in questo caso considera il lavoro svolto e subito dall'ambiente uguali, quindi alla fine del "ciclo" l'ambiente è già alle condizioni iniziali mentre il sistema no (a causa del deficit di lavoro che viene immagazzinato sottoforma di energia interna): il sistema quindi deve cedere calore all'ambiente per riavere la stessa energia interna iniziale. Ma a questo punto anche se fosse possibile trasformare tutto il calore in eccesso dell'ambiente in lavoro esso non sarebbe svolto sul sistema portandolo ad una diversa energia interna da quella iniziale?
Risposte
Più semplicemente:
se hai un ciclo irreversibile (in questo caso due trasformazioni non-quasi statiche "uguali", ma in senso opposto) il sistema (attenzione, non l'ambiente) torna alle condizioni iniziali a fine ciclo: in particolare le funzioni di stato (energia interna, entalpia, entropia, energia libera ecc..) avranno tutte lo stesso valore iniziale e la loro variazione netta sarà zero (sto sempre parlando solo e solamente del sistema). Pensando all'entropia (secondo principio) sai che però al fine di un ciclo del genere l'entropia deve aumentare (viene generata dal fatto che le trasformazioni sono irreversibili)... Ma se nel sistema non è cambiato nulla (perché siamo tornati alle condizioni iniziali), dove è finita questa entropia "in più"? Deve per forza essere finita nell'ambiente. Allora invece l'ambiente non si troverà più nelle condizioni iniziali perché avrà questo eccesso di entropia: C'è qualche modo per liberarsene? No. Perché l'unico modo per liberarsi di questa entropia in eccesso sarebbe quello di cederla reversibilmente a qualcos'altro. Ma non c'è nient'altro a cui cederla! Perchè se la ri-cedesse al sistema allora saremmo punto e d'accapo, ma siccome sistema + ambiente = universo, allora non può andare da nessuna altra parte. Ergo è impossibile riportare l'ambiente sia ambiente che sistema alle condizione iniziali
se hai un ciclo irreversibile (in questo caso due trasformazioni non-quasi statiche "uguali", ma in senso opposto) il sistema (attenzione, non l'ambiente) torna alle condizioni iniziali a fine ciclo: in particolare le funzioni di stato (energia interna, entalpia, entropia, energia libera ecc..) avranno tutte lo stesso valore iniziale e la loro variazione netta sarà zero (sto sempre parlando solo e solamente del sistema). Pensando all'entropia (secondo principio) sai che però al fine di un ciclo del genere l'entropia deve aumentare (viene generata dal fatto che le trasformazioni sono irreversibili)... Ma se nel sistema non è cambiato nulla (perché siamo tornati alle condizioni iniziali), dove è finita questa entropia "in più"? Deve per forza essere finita nell'ambiente. Allora invece l'ambiente non si troverà più nelle condizioni iniziali perché avrà questo eccesso di entropia: C'è qualche modo per liberarsene? No. Perché l'unico modo per liberarsi di questa entropia in eccesso sarebbe quello di cederla reversibilmente a qualcos'altro. Ma non c'è nient'altro a cui cederla! Perchè se la ri-cedesse al sistema allora saremmo punto e d'accapo, ma siccome sistema + ambiente = universo, allora non può andare da nessuna altra parte. Ergo è impossibile riportare l'ambiente sia ambiente che sistema alle condizione iniziali
Quindi, in fin dei conti, in un ciclo irreversibile c'è sempre una parte di calore/lavoro fornito che non viene trasformato in lavoro/calore ma resta immagazzinato nell'ambiente.
Beh è l'enunciato del 2 principio: non puoi creare una trasformazione il cui unico risultato sia produrre lavoro estraendo calore da una sola sorgente
Giusto. Ti ringrazio.
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