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L’entropia e il principio d’incremento

Uno dei traguardi più importanti che si raggiunge con lo studio della termodinamica è la comprensione del concetto d’entropia.

La disuguaglianza di Clausius

La disuguaglianza di Clausius può essere considerata una versione generalizzata del teorema di Carnot, ed infatti l’abbiamo precedentemente ricavata discutendo il caso un po’ più generale di un ciclo simile a quello di Carnot, ma esteso ad n sorgenti termiche.

Adesso, la nostra discussione avrà carattere ancora più generale, in quanto, faremo delle considerazioni che si potranno applicare a qualunque sistema che effettui delle trasformazioni ciclicamente.

La macchina che opera tra n sorgenti termiche

Estendendo quanto dedotto per la macchina di Carnot ad una macchina che operi tra n sorgenti termiche, affinché essa sia reversibile, dovrà avere un ciclo composto soltanto da isoterme ed adiabatiche reversibili.

A scopo di esercizio, proviamo a ricavare la disuguaglianza di Clausius e un’espressione del rendimento della macchina.

La macchina reversibile e il teorema di Carnot

Nel post precedente è stata fatta una veloce panoramica sulle macchine reversibili giungendo alle seguenti conclusioni:

Il rendimento di una macchina termica ciclica è sempre inferiore a 1
Tutte le macchine termiche, cicliche e reversibili che operano fra due stesse sorgenti termiche hanno uguale rendimento.
Il rendimento di una macchina ciclica, termica e irreversibile è sempre inferiore a quello di una reversibile se operano tra le stesse due sorgenti termiche.

È corretto ipotizzare l’esistenza di macchine reversibili? Per di più vincolate ad operare tra sole due sorgenti termiche?

Le macchine termiche reversibili e la temperatura termodinamica

Il concetto di trasformazione reversibile porta alla costruzione teorica di macchine in grado di operare ciclicamente tramite l’uso di trasformazioni reversibili.

Trasformazioni reversibili

In maniera opposta a quanto accade per le trasformazioni irreversibili

Una trasformazione è reversibile se e solo se è possibile riportare sistema ed ambiente nelle condizioni iniziali.

Ma, quali sono le caratteristiche di una trasformazione reversibile?

Gli enunciati originali di Kelvin e di Planck della seconda legge

Kelvin:

E’impossibile, attraverso l’intervento di materia inanimata, ottenere effetti meccanici da qualsivoglia parte di materia raffreddandola a una temperatura inferiore a quella del più freddo degli oggetti circostanti.

Planck:

E’impossibile costruire una macchina che, lavorando su un ciclo completo, non produca alcun altro effetto che quello d’alzare un peso e raffreddare un serbatoio di calore.

Una trasformazione è detta irreversibile se non è più possibile riportare sistema oppure ambiente nelle condizioni iniziali.

Praticamente è l’opposto della definizione di trasformazione reversibile.

Meccanismo