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Premessa:
Un motore si basa sulle trasformazioni di un gas
contenuto in un cilindro. Le trasformazioni sono cicliche. In ogni caso
il gas trasferisce al motore l'energia che assorbe da una sorgente
calda, mentre per tornare alle condizioni iniziali deve cedere parte
dell'energia incamerata a sorgenti più fredde.
CICLO DI CARNOT
E' un ciclo ideale
reversibile in 4 fasi: due isoterme e due adiabatiche. Il rendimento di
questo ciclo è il massimo tra quelli ottenibili con motori reali e
rappresenta il termine di paragone per progettisti...
Il rendimento è h
= L / Q1, ma L = Q1 - Q2 e quindi:
h
= ( Q1-Q2) / Q1 = 1 - Q2/Q1
Si dimostra che per i
cicli reversibili Qi = KTi , ossia La quantità di calore scambiata in
una trasformazione isoterma reversibile è direttamente proporzionale
alla temperatura e pertanto si può esprimere il rendimento come:
h
= 1 - T2/T1
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Nella prima fase il gas contenuto nel cilindro
assorbe nell'espansione isoterma alla temperatura calda T1 una
quantità di calore Q1.
In questa fase il gas trasferisce tutta l'energia assorbita
al motore in quanto l'energia interna non può aumentare (
dipende solo dalla temperatura).
L = Q1
D
U = 0 |
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Nella seconda fase il gas trasferisce parte della
sua energia interna al motore. Nella trasformazione adiabatica
il gas non può ricevere energia dal mondo esterno. Il lavoro di
espansione avviene a spesa della sua energia interna. Il gas
pertanto in questa fase si raffredda passando dalla temperatura
T1 alla temperatura più fredda T2.
L = - D
U
Q = 0
nelle prime
due fasi il gas trasferisce energia al motore, più energia di
quanta ne abbia ricevuta.
L = - D
U + Q |
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Nella terza fase il gas messo a contatto con la
sorgente fredda a temperatura T2 ( normalmente l'ambiente) e
iniziano le fasi che lo riporterà alle condizioni iniziali.
Nella compressione isoterma il gas riceve energia dal motore e
lo trasferisce alla sorgente fredda. Non varia in questa fase
l'energia interna.
L = -Q2
D
U = 0
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Nella quarta fase il gas viene compresso per
permettergli di tornare alle condizioni iniziali: in questa fase
il motore trasferisce energia al gas. L'energia trasferita è pari
all'energia persa dal gas nella espansione adiabatica.
L = D
U
Q = 0
nelle ultime due
fasi il gas riceve energia dal motore.
L = D
U - Q
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CICLO OTTO
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