Ciclo termodinamico

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In fisica, si definisce ciclo termodinamico una successione finita di trasformazioni termodinamiche (ad esempio isoterme, isocore, isobare o adiabatiche) al termine delle quali il sistema torna al suo stato iniziale. Le proprietà termodinamiche che caratterizzano il sistema dipendono solo dallo stato termodinamico e quindi non cambiano dopo un ciclo. La prima legge della termodinamica impone che il calore che fluisce dall'ambiente al sistema sia uguale al lavoro netto compiuto in ogni ciclo dal sistema sull'ambiente. La natura ciclica del processo consente una modalità continua. Per semplicità si preferisce studiare i cicli termodinamici costituiti da trasformazioni quasistatiche (che vanno distinte dalle trasformazioni reversibili).

Esempio di un diagramma P-V per un ciclo termodinamico (in questo caso il ciclo Stirling).

In un diagramma p-V un ciclo termodinamico è rappresentato da un percorso chiuso. Un diagramma P-V ha sulle ascisse il volume (V) e sulle ordinate la pressione (P). Si dimostra che l'area racchiusa dal ciclo nel digramma è il lavoro (W), svolto dal sistema sull'ambiente:

 \qquad W = \oint p \ dV .

Per il primo principio della termodinamica, questo lavoro deve essere uguale al calore (Q) trasferito dall'ambiente al sistema:

 \qquad W = Q = Q_{in} - Q_{out} .

Questa equazione vale anche per una trasformazione isoterma[1]; la differenza sta nel fatto che durante il ciclo termico l'energia interna del sistema cambia per poi tornare ad essere uguale a quella iniziale.

Se nel piano p-V il percorso che rappresenta la trasformazione è orientato in senso orario il sistema è una macchina termica, e il lavoro W sarà positivo, cioè il sistema compie lavoro sull'ambiente. Se invece il percorso è orientato in senso antiorario il sistema funziona come un frigorifero, e W sarà negativo (cioè viene assorbito del lavoro dall'esterno, che consente di trasferire calore da una sorgente fredda ad una calda).

Note[modifica | modifica sorgente]

  1. ^ Una trasformazione isoterma non è un ciclo.

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