Si doveva dunque evitare l abbandono delle miniere a causa degli allagamenti sotterranei che peraltro portano alla morte di diversi operai.

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2 1700 Lo sviluppo della rivoluzione industriale portò l aumento della richiesta di carbone e rese necessario scavare più in profondità. Si doveva dunque evitare l abbandono delle miniere a causa degli allagamenti sotterranei che peraltro portano alla morte di diversi operai. Occorreva allora trovare un metodo economico per pompare in superficie l acqua delle miniere. Nacque così, per scopi pratici ed economici, la macchina di Savery, di cui solo successivamente si studiarono i principi fisici alla base del suo funzionamento. Savery fu il primo a tentare di risolvere questo problema usando il vapore. Egli progettò la sua macchina per trasformare il calore, che in questa esperienza è determinato da un innalzamento di pressione, in lavoro capace di trasportare l acqua da un livello più basso a uno più alto. Nel 1698 a Savery venne concesso il brevetto per la sua macchina chiamata "L'Amico del minatore".

3 CONSIDERAZIONI UTILI La macchina di Savery è una macchina termica, ovvero un dispositivo che sfrutta il calore per ricavarne il lavoro con una trasformazione ciclica, che dunque torna allo stato iniziale. Essa si basa su tre passaggi fondamentali: 1. Il calore viene fornito alla macchina da una sorgente calda; 2. Una parte del calore viene utilizzata per compiere il lavoro; 3. Il calore viene ceduto alla sorgente fredda; La quantità di calore fornita dalla sorgente calda viene trasformata in parte in lavoro e la rimanente viene ceduta sottoforma di calore degradato. Da ciò è possibile dedurre l enunciato di Kelvin e Clausius del secondo principio della termodinamica.

4 KELVIN È impossibile realizzare una macchina termica che assorbe calore dalla sorgente fredda e lo cede alla sorgente calda senza l apporto di lavoro esterno. CLAUSIUS È impossibile realizzare una macchina termica il cui unico risultato sia la trasformazione in lavoro di tutto il calore assorbito da una stessa sorgente, ma è possibile realizzare una macchina termica che assorbe calore, cede una parte di calore e fa lavoro.

5 PROCEDIMENTO 1 FASE Il serbatoio è pieno d acqua e per svuotarlo, ovvero per avviare la fase di scarico, occorre avviare la caldaia. Così l acqua all interno della caldaia viene portata ad ebollizione cioè trasformata in vapore, che si sposta nel serbatoio aumentando di fatti la pressione al suo interno.

6 PROCEDIMENTO 2 FASE La depressione che si crea all interno del serbatoio spinge l acqua nel tubo e aprendo la valvola B è possibile scaricarla.

7 PROCEDIMENTO 3 FASE Per estrarre l acqua dalla miniera è necessario invece avviare la fase di raffreddamento del serbatoio. La diminuzione della temperatura all interno del serbatoio fa si che la pressione dell acqua all interno della miniera sia più alta della pressione all intero del serbatoio quindi la pressione della miniera spinge l acqua lungo il tubicino e aprendo la valvola A è possibile che questa acqua entri all interno del serbatoio ritornando così alla fase uno (da questo è evidente che la nostra macchina è CICLICA)

8 PROCEDIMENTO 4 FASE Quando il serbatoio è colmo ha inizio questa fase. Dopo aver lasciato raffreddare il sistema si riaccende la caldaia. In questa situazione la pressione all interno del serbatoio è maggiore rispetto alla pressione atmosferica. Quindi quando viene aperta la valvola di scolo l alta pressione all interno del serbatoio spinge fuori da esso l acqua svuotandolo completamente.

9 Per rappresentare su un piano cartesiano le trasformazioni operate durante l esperimento è necessario conoscere il concetto di ISOCORA E ISOBORA ISOCORA è una trasformazione che avviene a volume costante mentre l ISOBORA è una trasformazione a pressione costante. In particolare nel nostro caso avremo la composizione di due isobare, ovvero da A a B a C a D, e due isocore da B a C e da D a A. Da questo grafico si evince che la macchina in questione opera una trasformazione ciclica. Infatti partendo da una situazione A passando per B, C e D si ritorna nella stessa situazione A.

10 CONCLUSIONI Con vapore a bassa pressione la macchina di Savery non aveva una certa efficienza* in quanto solo il 10-15% di calore era trasformato in lavoro e l'altezza massima di trasporto acqua risultava essere di 10 metri. Ad ogni modo, anche se la macchina inventata da Savery era limitata come rendimento, circa il 20%, aiutava nei suoi limiti, i minatori nei loro scavi, quando trovavano acqua nel sottosuolo alle condizioni precedentemente indicate. Una macchina termica è efficiente se produce molto lavoro consumando poco calore. Dunque la sua efficienza è rappresentata dal rendimento r pari al rapporto tra il lavoro ottenuto e il calore fornito dalla sorgente calda r=w/q2 R [0;1] ma dato che la trasformazione è ciclica la macchina ha la stessa energia interna all inizio e alla fine del ciclo, quindi essa è nulla e il lavoro compiuto è uguale al calore totale scambiato dalla macchina con i serbatoi termici quindi W= Q2- Q1 R =1-Q1/Q2 Q1 calore ceduto Q2 calore assorbito