Secondo principio della termodinamica

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Laura Damiano
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1 econdo principio della termodinamica ) Concetti di base ) Primo principio della termodinamica 3) ECONDO PRINCIPIO DELL TERMODINMIC 4) tati di equilibrio stabile 5) Diagramma energia-entropia 6) Lavoro, non-lavoro e calore 7) Macchine termiche 8) istemi semplici 9) Proprietà di sostanze pure all'e 0) istemi aperti ) Exergia e rendimento exergetico ) ria umida tati di equilibrio Tipi di stato: è possibile classificare gli stati in base alla loro evoluzione nel tempo in un processo spontaneo. Lo stato iniziale di un processo spontaneo è uno stato di non equilibrio, se il processo è non stazionario, cioè se lo stato del sistema cambia nel tempo; stato di equilibrio, se il processo è stazionario. tati di equilibrio: instabile o metastabile, se possono essere alterati mediante una qualche interazione che produca nell ambiente solo un effetto temporaneo (trascurabile o non trascurabile), ma che alla fine non vi lasci alcun effetto netto permanente stabile, se possono essere modificati solo mediante interazioni che producano effetti netti non nulli e permanenti sull ambiente esterno al sistema a.a. 0/ EI-FT - econdo principio della termodinamica v..0

2 econdo principio della termodinamica econdo principio della termodinamica. Fra tutti gli stati di un sistema con valori fissati di energia, quantità di costituenti e parametri, esiste uno ed un solo stato di equilibrio stabile (E).. Inoltre, partendo da un qualsiasi stato del sistema è sempre possibile, mediante un PM reversibile, raggiungere uno stato di equilibrio stabile con valori arbitrariamente fissati delle quantità di costituenti e dei parametri. ltri enunciati del secondo principio Non è possibile realizzare una macchina che operando ciclicamente produca come unico effetto la trasformazione in lavoro di tutto il calore estratto da un corpo a temperatura costante e uniforme (Clausius, 850). Impossibilità del moto perpetuo di seconda specie (MP). Non è possibile realizzare un PM che, partendo da uno E e senza variazione di n e β, comporti un trasferimento positivo di energia all ambiente (Kelvin-Planck, 897). a.a. 0/ EI-FT - econdo principio della termodinamica v..0 3 econdo principio della termodinamica Moto perpetuo di seconda specie istema tato di equilibrio stabile tato z z g Unico effetto esterno ad Conseguenze del secondo principio In generale, mediante un PM si può estrarre solo parte dell energia di un sistema, cioè l energia di un sistema non è tutta utilizzabile, ad es. in uno E l energia è tutta inutilizzabile (impossibilità del MP). a.a. 0/ EI-FT - econdo principio della termodinamica v..0 4

3 Entropia ltre conseguenze del secondo principio Esistenza delle proprietà disponibilità adiabatica ed energia disponibile, rappresentative della parte utilizzabile dell energia. La d.a. non soddisfa un equazione di bilancio. L'e.d. è definita in funzione di un sistema ausiliario. Esistenza della proprietà entropia, rappresentativa della parte inutilizzabile dell energia, che soddisfa un equazione di bilancio. Esistenza di un criterio per determinare in quale verso due stati di un sistema possono essere connessi con un PM (l energia utilizzabile non può mai aumentare). Entropia Dimensioni: [ entropia] = Unità di misura (.I.): [energia] [temperatura] J K a.a. 0/ EI-FT - econdo principio della termodinamica v..0 5 Entropia: proprietà dditività dell entropia: considerati due sistemi e e il sistema composto C, C=, per ogni stato C = + Criterio di reversibilità o Principio di non decrescita dell entropia nei PM: determina il verso in cui è possibile realizzare un PM fra due stati di un sistema m se e solo se se =, PM reversibile se >, PM eversibile scriveremo anche = ( ) ( ) = 0 ( ) 0 > se PM reversibile se PM eversibile ( ) 0 entropia generata per eversibilità all interno di durante il processo dallo stato allo stato (=0 per processo reversibile). a.a. 0/ EI-FT - econdo principio della termodinamica v..0 6

4 Entropia: proprietà Trasferibilità dell entropia: si consideri il sistema isolato C composto dai sottosistemi e e un PM reversibile in cui lo stato di cambia da ad e quello di da a C C C isolato, PM reversibile = additività = ( La variazione di entropia di è opposta a quella di, perciò l entropia si è trasferita da ad (oppure viceversa) Indicheremo con l entropia ceduta da ad durante il processo dallo stato allo stato ) = = = a.a. 0/ EI-FT - econdo principio della termodinamica v..0 7 Entropia: equazione di bilancio istema tato tato ilancio di entropia per il sistema = + a.a. 0/ EI-FT - econdo principio della termodinamica v..0 8

5 Entropia: equazione di bilancio = + ( ) entropia che riceve dall ambiente durante il processo dallo stato allo stato ( ) 0 entropia generata per eversibilità all interno del sistema durante il processo dallo stato allo stato (=0 per processo reversibile) Posto t t, t = t + Δt, per tendente a zero d = & + & & flusso istantaneo di entropia entrante in & 0 = Δt dt entropia per unità di tempo generata per eversibilità all interno del sistema durante il processo dallo stato allo stato ( = 0 per processo reversibile) a.a. 0/ EI-FT - econdo principio della termodinamica v..0 9

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