Termodinamica

Frigoriferi

Se cambiamo il verso delle frecce dello schema di macchina termica, cioè se eseguiamo al contrario le trasformazioni del ciclo, otteniamo un frigorifero.

macchina_termica (12K) frigo (15K)

Un frigorifero prende calore dalla sorgente fredda (interno del frigorifero) e lo riversa nella sorgente calda (ambiente in cui si trova): il lavoro non è fatto dal sistema, ma è fornito da un compressore alimentato dall'energia elettrica.

L'enunciato di Clausius non è contraddetto perchè il passaggio di calore dalla sorgente fredda a quella calda non è spontaneo, ma avviene a spese dell'energia elettrica fornita.

Per il primo principio il lavoro L (negativo) è dato dalla differenza tra il calore Q1 ceduto all'ambiente e il calore Q2 prelevato dal proprio interno. Un frigorifero è tanto più efficiente quando riesce a prelevare maggior calore dal proprio interno rispetto al lavoro fornito dal motore.

Si dice efficienza e di un frigorifero il rapporto tra la quantità di calore Q2 prelevata e il lavoro L fornito dal compressore

e = Q2 / L = Q2 / (Q1 - Q2)

dove tutti i valori sono dati in valore assoluto

ciclo_frigo (16K)

Se rappresentiamo l'attività del frigorifero mediante un ciclo ideale di Carnot, dobbiamo percorrerlo al contrario, cioè in verso antiorario:

  1. Dilatazione adiabatica AD
  2. Dilatazione isoterma DC in cui il calore passa dalla sorgente fredda al sistema
  3. Compressione adiabatica CB
  4. Compressione isoterma BA in cui il calore viene riversato nella sorgente calda

Il lavoro totale è negativo, quindi fatto dall'ambiente sul sistema.

La massima efficienza teorica di un frigorifero che opera tra la temperatura più alta T1 e la temperatura più fredda T2 (con T1 > T2 espresse in Kelvin) è data da:

emax = T2 / (T1 - T2)

Un condizionatore d'aria funziona come un frigorifero: esso preleva una quantità di calore Q2 dall'ambiente che deve rinfrescare e butta fuori nell'ambiente esterno una quantità di calore Q1. Per far questo deve naturalmente utilizzare un motore che fornisca un lavoro L.


Copyleft Ludovica Battista

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