Termodinamica..., Cerchiamo di capirci qualcosa.

Il ciclo di Carnot ed il rendimento termico delle macchine.
Il motore termico al quale si applica il ciclo di Carnot viene ritenuto il più efficiente, tanto che il suo rendimento termico è ineguagliabile dalle altre macchine.
Alla luce di circa 200 anni di storia delle termodinamica fino ai giorni nostri possibile che un principio così semplice sia ancora valido?
Dite la vostra che io dico la mia....


Violazione del secondo principio della termodinamica.

Edited by Lawrence - 14/5/2007, 16:59

Anche io non sono un "maestro" in quel campo che ho sempre considerato asfittico e arretrato. Ecco perchè cercavo conforto in qualcuno che ne sapesse un pò più di mè senza sentirsi il tutore della scienza occulta dettata dal signor Carnot.
Il punto è che il ciclo in questione è semplice, ha un senso, e le formuline che sono ricavate in modo empirico sono anche giuste, seppur elementari.
Il punto è che il gas deve essere perfetto, gli scambi termici devono essere ideali, e le temperature degli ambienti freddo e caldo mantenute costanti. Un ciclo termico come quello ipotizzato da Carnot, con due trasformazioni isotermiche e due adiabatiche è il massimo che si può avere sottoforma di rendimento. Però nessuno ha mai usato un motore del genere perchè il lavoro prodotto è troppo poco. Quindi siamo passati ai vari rankine, bryton, stirling, otto, diesel ecc...
A questo punto viene logico chiedersi perchè...
Ma viene anche da chiedersi cosa succede se invece di usare un gas perfetto si usa un gas che nell'arco delle varie trasformazioni subisce un salto di fase?
Rammento che quando si ha un salto di fase nella materia, questa assorbe energia mantenendo quasi costante la sua temperatura, o viceversa se il salto è da caldo a freddo.
Un'altra curiosità è che dalla termodinamica sappiamo che:

PV=nRT

Dove n=numero delle moli del gas
R= Costante di tutti i gas.
Ora, se R è uguale per tutti i gas, ed n è il numero di moli il prodotto nR non cambia cambiado gas, quindi se anche P, V e T sono costanti cambiando gas la situazione non cambia.
Viene ancora naturale chiedersi quale sia il motivo dell'esistenza del R12 del R22, dell'NH4 e di altri gas impiegati. Visto che uno dovrebbe valere l'altro... Invece no.
Quì c'è qualcosa che non quadra, o meglio, c'è qualche semplificazione di troppo tra i libelli di fisica elementare e la realtà delle cose.
Oppure sono io che sono abituato a cose troppo complicate e che non mi accontento se non c'è qualche sistema nonlineare nel mezzo.

Edited by Lawrence - 26/7/2007, 11:14

Allora, appurato che quando si parla della legge dei gas perfetti:


PV=nRT

"R" è la costante di un ipotetico gas perfetto composto da singoli atomi puntiformi, trascurando le forze di attrazione intermolecolari.
Ma, R cambia al cambiare del reale o dalla mescola di gas reali?

Pare di si, in questa pagina web abbiamo il valore di "R" per alcuni gas non ideali.

http://www.engineeringtoolbox.com/individu...tant-d_588.html

Quindi, pare che molte cose cambino nella fisica di una miscela di gas non esattamente ad alta temperatura ma in un intervallo di variazione di temperatura e di pressione e anche al variare del numero di moli. Quindi, la semplice linearità della formula dei gas perfetti mi pare che se ne vada a farsi benedire nei casi reali.

Qualcuno condivide questa idea?

Ciao Ezio, sicuramente non sei fuori luogo, anzi ti diamo il benvenuto, e ci fa piacere sentire opinioni di altri, visto che a livello di congetture stiamo discutendo.

Il punto della discussione, anche se dai pochi post non è molto chiaro, è verificare che non ci siano scappatoie tecnologiche per ottenere un ciclo termodinamico superiore al ciclo di carnot.
Tradotto in altri termini. Sui testi accademici ci sono le basi secondo le quali si fanno assunzioni assolutistiche. Poi se ne esce sempre qualcuno che anche non confutando le basi che rimangono inossidabili, riesce a trovare l'escamotage giusto per ottenere qualcosa che sembrava impossibile vista la complessità della soluzione.
Insomma, non vogliamo inseguire idee bacate. Ma analizzare possibilità complesse che viste dal semplice punto di vista basilare non sono ipotizzabili.

Temperature alte? Pressioni elevate? In un frigo, un condizionatore o una pompa di calore commerciale non sono economicamente proponibili, ma in un motore termico di concezione moderna forse si. Il forse è d'obbligo, naturalmente.

L'invece no è una mia proposta, perchè nel ciclo di Carnot famoso, si parla di gas perfetti. E siccome "R" è importante almeno come le altre variabili, mi chiedevo se non si avesse più rendimento usando in un ciclo termico motore, un fluido, o più fluidi diversi, mescolati o in camere divise, con scambio termico, ottenere qualcosa di nuovo.

Comunque, il senso della discussione non era quello di trovare il sistema di violare nessun principio della termodinamica nè estrarre energia da dove non c'è, piuttosto cercar di capire fino a dove Carnot aveva ragione e fino a dove tutti hanno capito che aveva ragione. Voglio dire, tutti sapevano che il passaggio di corrente in un conduttore è sempre soggetto a dissipazione termica quindi ai sui capi per ottenere che la corrente fluisca deve esserci una tensione. Ma, l'effetto superconduttore di alcuni metalli o leghe ci stupisce quando un campo magnetico induce nel conduttore una corrente che permane nel conduttore senza che nessuna tensione venga applicata dall'esterno fintanto che l'effetto superconduttore si verifica, e senza nessuna violazione di nessuna legge fisica.
Oppure, l'effetto Seebeck/Peltier, si trasferisce energia termica tramite da un luogo ad un'altro, usando energia elettrica e senza violazione di nessuna legge fisica, ma ottenendo qualcosa che magari non tutti ci si aspetta...

http://it.wikipedia.org/wiki/Superconduttore

http://it.wikipedia.org/wiki/Effetto_Peltier

No, no calma, calma... non facciamo confusione... Io non voglio discutere nè la validità degli studi del Carnot nè altro. Sono d'accordo anch'io su tutto. Gli esempi che ho portato non volevano aver nulla a che fare con la termodinamica. È evidente che un motore elettrico non ha nulla a che fare con il rendimento di Carnot e non ci piove che quando si parla di ciclo di Carnot ci si riferisce ad una macchina a fluido perfetto completamente chiusa ecc...
Entrambi avete frainteso i miei esempi. Il punto voleva essere questo, possiamo noi applicare il rendimento di carnot a qualunque tipo di motore che impiega dei cicli, magari compositi, con gas magari non perfetti e magari stimolati da altri effetti che potrebbero non essere prettamente termodinamici? Si potrebbe in qualche modo, lo so che è una domanda difficile, ma questa è "la domanda", raggiungere ed eventualmente superare il rendimento teorico di carnot, impiegando tecnologie moderne?

È logico che un motore elettrico supera di gran lunga il rendimento di Carnot calcolato per quel motore...

Ancora non avete afferrato il punto. Mi sa che ormai, troppi temi internettiani su energia dallo ZPE o dalla Joe's cell vi abbiano messo paura.
Vediamo la cosa da un'altro aspetto, al quale nnsoxke si è avvicinato.
Diamo per scontato che Carnot avesse avuto ragione e che una macchina termica abbia un rendimento dato da:

η=T₁-T₂/T₁

Ovviamente, maggiore è il ΔT = T₁-T₂ maggiore sarà il rendimento η.

Ora, se quello che abbiamo a disposizione è una enorme quantità di energia con un basso salto di temperatura la conversione da energia termica ad energia meccanica ed eventualmente successivamente energia elettrica, sarà fatto con un grosso dispendio termico. Ovvero, la nostra energia termica a temperatura più alta di quella ambiente si disperderà nell ambiente.
Credo che il ragionamento fino ad ora fili liscio no?
Ma, se trovassimo un sistema per mantenere l'energia in entrata aumentandone la temperatura, o al limite perdendone pure un pò ma sempre in quantità tale da poter aumentare il rendimento successivo in modo che la differenza sia a nostro favore...?

Prendiamo, appunto, il solare termico. Senza concentrazione e con concentrazione. Oppure una pompa di calore. Con un COP di 4.5 con 1KW elettrico di potenza impegnata "travasiamo" 4.5KW termici da un ambiente ad un altro facendo in modo che nel secondo ambiente la temperatura si innalzi molto oltre la temperatura del primo...
Tutto questo senza "offendere" nè carnot nè newton nè nessun altro.

L'esempio delle tecnologie che sono state scoperte che ho proposto, superconduttori ecc... è solo per mettere in risalto come la tecnologia spesso rivoluziona il modo di intendere le cose perchè semplicemente ci è sfuggito qualche sfaccettatura della fisica. Non perchè abbiamo violato qualche principio, ma solo perchè il modo di vedere certe cose non è completo.
Sono riuscito a chiarire?