Che cos'è una macchina termica? Definizione di rendimento e rendimento percentuale

Ciao a tutti, in questa lezione rispondiamo innanzitutto alla domanda: che cos’è una macchina termica? Daremo durante la lezione anche la definizione di rendimento e rendimento percentuale. In questo capitolo denominato “termodinamica” troverete anche lezioni relative alle leggi dei gas, primo principio della termodinamica, secondo principio della termodinamica, macchine termiche, ciclo di Carnot, equazione di stato dei gas perfetti, teoria cinetica dei gas.

definizione di macchina termica

La macchina termica è un dispositivo che lavora tra due sorgenti, una calda ed una fredda, assorbendo calore dalla sorgente calda e dopo aver convertito parte di questo calore in lavoro, cede il calore restante a quella fredda. Questo tipo di dispositivo risponde perfettamente a quello che dice il secondo principio della termodinamica, principio nel quale abbiamo parlato nella lezione dedicata ai principi della termodinamica

Parlando in termini di trasformazioni la macchina termica lavora secondo una trasformazione ciclica ovvero una serie di trasformazioni che fa partire il gas da un certo stato e lo fa tornare allo stesso stato. In questa situazione l’energia interna del sistema non varia e quindi il primo principio della termodinamica si riduce ad una equazione nella quale a sinistra ovvero al primo membro abbiamo il calore scambiato e a destra abbiamo il lavoro complessivo.

calore assorbito, calore ceduto e lavoro

Così come abbiamo detto la macchina termica lavora tra due sorgenti: dalla sorgente calda viene assorbito calore, questo calore assorbito viene utilizzato per fare del lavoro ovvero del movimento. Ma non tutto il calore assorbito viene trasformato in lavoro (appunto, questo lo vieta il secondo principio della termodinamica) il calore che avanza viene restituito alla sorgente fredda come calore ceduto, tale che il lavoro risulti appunto dalla differenza del calore assorbito e del calore ceduto

Quindi quanto più calore assorbito viene trasformato in lavoro tanto migliore sarà questa macchina termica. Infatti si parla di una grandezza chiamata “rendimento” che ci dà la possibilità di misurare quanto calore assorbito viene convertito in lavoro. Vediamo come calcolare il rendimento ed il rendimento percentuale.

rendimento e rendimento percentuale

Il rendimento in fisica è una grandezza adimensionale, ovvero è un numero che non ha unità di misura. Il rendimento viene calcolato come rapporto tra il lavoro ed il calore assorbito, può assumere valore sempre maggiore di zero e sempre minore di uno, ovvero il suo valore sarà sempre compreso fra zero e uno. Gli estremi sono esclusi proprio perché se il rendimento è pari a zero allora stiamo dicendo che quella macchina non produce alcun lavoro mentre se stiamo dicendo che il rendimento è pari a uno allora stiamo descrivendo la macchina termica perfetta, quella che trasforma tutto il calore assorbito in lavoro, che ovviamente non esiste e che è vietata dal secondo principio della termodinamica

Mentre se vogliamo calcolare il rendimento percentuale non dovremmo fare altro che moltiplicare il valore del rendimento per cento

Per vedere alcuni esercizi risolti guardate la lezione in modo da prendere confidenza con il concetto di macchina termica e le formule relative per fare tutti i calcoli