Frigoriferi, condizionatori d’aria e pompe di calore
Ti sei mai chiesto come funzionino alcuni dei macchinari presenti in casa tua? Con noi è facile capirlo, basta solo sapere il secondo principio della termodinamica! In questa lezione imparerai a conoscere frigoriferi, condizionatori d’aria e pompe di calore.
Appunti
Il secondo principio della dinamica afferma che il passaggio spontaneo di calore avviene sempre dal corpo più caldo a quello più freddo. Se si volesse far avvenire il procedimento inverso bisognerebbe compiere lavoro.
Questo principio è sfruttato dai condizionatori, i frigoriferi e le pompe di calore, strumenti in grado di far fluire il calore “al contrario”.
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Il frigorifero
Il frigorifero è una macchina termica che ormai tutti possiedono in casa.
Esso è in grado di trasformare l’energia meccanica proveniente da una precedente trasformazione dell’energia elettrica, al fine di raffreddare maggiormente la sorgente fredda, con il conseguente innalzamento della temperatura della sorgente calda.
Sembra strano ma nonostante questo, il secondo principio della termodinamica non viene meno in quanto, per permettere al calore di seguire un percorso inverso, viene compiuto lavoro da un motore.
Ovviamente è necessario che un frigorifero sia il più efficiente possibile, ovvero deve essere in grado di rimuovere una grande quantità di calore con un lavoro sufficientemente esigue; per tale ragione è stato determinato il coefficiente di prestazione di un frigorifero, che rappresenta un indicatore della sua efficienza ed è una grandezza adimensionale:
£$C_f = \frac{Q_f}{W}$£
I valori tipici del coefficiente vanno da 2 a 6.
Il condizionatore d’aria
Il condizionatore d’aria è sostanzialmente un frigorifero dove la sorgente fredda è l’ambiente che deve essere raffreddato. Più precisamente esso sfrutta l’energia elettrica per “prelevare” calore dallo spazio e riversarlo nell’ambiente esterno.
Anche in questo caso:
£$Q_c = Q_f + W$£
E il coefficiente di prestazione di un condizionatore d’aria risulta:
£$C_f = \frac{Q_f}{W}$£
Pompe di calore
Le pompe di calore possono essere considerate come dei condizionatori con le sorgenti invertite: le prime prendono calore dall’aria esterna e la riversano nell’ambiente interno (da riscaldare); gli ultimi, invece, prendono calore dall’aria interna (da raffreddare) e la riversano nell’ambiente esterno.
Esattamente come accadeva per i frigoriferi e per i condizionatori d’aria, anche per le pompe di calore è possibile scrivere la seguente formula:
£$Q_c = Q_f + W$£
Una macchina simile, per essere efficiente, deve riuscire a prelevare la maggior quantità di calore possibile con il minor lavoro; per tale ragione, anche in questo caso è stato determinato un suo coefficiente di prestazione, i cui valori tipici, che dipendono dalla temperatura delle due sorgenti, oscillano tra 3 e 4:
