Un ciclo termodinamico è una successione di trasformazioni termodinamiche che subisce un sistema nel passare da uno stato iniziale a uno stato finale coincidente con il primo. A stretto rigore in un ciclo termodinamico avvengono soltanto scambi di calore e lavoro fra sistema e ambiente esterno (ciclo chiuso); si parla di ciclo aperto quando tra sistema e ambiente avvengono scambi di materia oltre che di energia.
I cicli termodinamici hanno luogo nelle macchine a fluido: nel caso di fluido ideale e di una macchina ideale tutte le trasformazioni sono reversibili e lo è anche il ciclo termodinamico (ciclo ideale). Nelle macchine termiche, il parametro che caratterizza quantitativamente il ciclo termodinamico è il calore in lavoro.
I principi della termodinamica stabiliscono l'eguaglianza fra lavoro e calore scambiati fra sistema e ambiente esterno in un ciclo termodinamico, e la necessità di almeno due sorgenti di calore a temperatura diversa per rendere possibile un ciclo termodinamico nel quale venga prodotto del lavoro.
Fondamentalmente, il calore assorbito in un ciclo termodinamico viene convertito in lavoro. Questa trasformazione, tuttavia, implica un cambiamento di stato del gas. Questa trasformazione, tuttavia, implica un cambiamento di stato del gas. Nella macchina a vapore, questo si ottiene per mezzo di una caldaia esterna, aumentando la temperatura di quest'ultimo.
Consideriamo che L < 0 quando il lavoro viene fatto dall'ambiente sul sistema (compressione). Il lavoro compiuto dal sistema sull'ambiente, dall'area sottesa alla curva è negativo (L12<0). Il lavoro compiuto dal sistema sull'ambiente, dall'area sottostante è positivo (L21>0).
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Dalla differenza tra lo stato finale e quello iniziale: lo stato iniziale e finale coincidono quindi ΔU=0 e L=Q. Il calore scambiato lungo le singole trasformazioni è in equilibrio termico con le pietre, senza che questa implichi una variazione dello stato del sistema. A un certo punto del ciclo, la temperatura e la pressione del gas aumentino. Tuttavia, questo non può proseguire all'infinito.
Il Ciclo di Carnot
Un particolare ciclo termodinamico è il CICLO DI CARNOT. Per una macchina operante tra temperature T2 e T1 (con T2⟨T1), quello a massimo rendimento è il ciclo di Carnot, che è un ciclo ideale di grande importanza teorica: il fluido è un gas ideale, che subisce in serie una compressione adiabatica, un'espansione isoterma (in cui riceve calore), un'espansione adiabatica, una compressione isoterma (in cui cede calore).
Il resto della macchina è perfettamente isolata. Il ciclo di Carnot assorbe calore a temperatura T2 (bassa). Uno scambiatore termico assorbe tutto il calore in eccesso. Si pensi alla pressione prodotta dal vapore che faceva salire il pistone, per poi farlo scendere.
Esempi di Cicli Termodinamici
Un esempio di ciclo termodinamico è il ciclo "Otto" (il nome deriva dall'ingegnere Otto), dove la benzina viene fatta "accendere" da una scintilla. Questo ciclo è termodinamicamente in comune con la fase di aspirazione, e questo le fa aumentare di volume. Un altro esempio è il motore diesel, dove il gasolio viene spruzzato in dosi opportune nel cilindro surriscaldato.
È importante notare che non è possibile raggiungere lo ZERO ASSOLUTO.
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