In breve: I motori termici trasformano il calore in lavoro meccanico. Le leggi della termodinamica spiegano come funzionano e quanto sono efficienti.
Cosa è un motore termico
Un motore termico è una macchina che usa il calore per produrre movimento. Riceve energia da un combustibile e la trasforma in lavoro utile.
Esempi comuni sono il motore dell'auto, lo scooter e la turbina a vapore. Tutti usano un fluido che si scalda, si espande e spinge.
Per studiare questi motori serve la termodinamica. Questa scienza descrive il comportamento di gas e vapori quando cambiano temperatura, pressione e volume.
I principi che guidano i motori
Il primo principio della termodinamica dice che l'energia non si crea e non si distrugge. Il calore fornito al motore diventa lavoro più calore scaricato.
Si scrive così: Q = L + Q₂. Qui Q è il calore in ingresso, L è il lavoro prodotto, Q₂ è il calore perso.
Il secondo principio dice che non tutto il calore può diventare lavoro. Una parte si disperde sempre verso l'esterno, di solito nell'aria.
Per questo nessun motore ha rendimento del 100%. Il rendimento si calcola come η = L / Q.
I gas e i vapori seguono inoltre leggi della fluidodinamica. Quando si espandono in un cilindro o in una turbina spingono pistoni o palette.
Come funziona un ciclo motore
Un motore lavora seguendo un ciclo termodinamico. Il fluido passa per più fasi e poi torna allo stato iniziale.
Esempio pratico: nel motore dell'auto la benzina brucia nel cilindro. I gas caldi si espandono e spingono il pistone verso il basso.
Il pistone fa girare l'albero motore. Poi i gas vengono espulsi e il ciclo ricomincia con nuova miscela.
Nelle centrali a vapore funziona in modo simile. L'acqua viene scaldata, diventa vapore, spinge la turbina e poi si raffredda.
In ogni caso una parte del calore si perde. Lo vediamo dal radiatore caldo o dai fumi di scarico.
Parole difficili
- Termodinamica: scienza che studia calore, lavoro e trasformazioni dell'energia.
- Fluidodinamica: studio del movimento di liquidi, gas e vapori.
- Ciclo: serie di trasformazioni che riporta il fluido allo stato iniziale.
- Rendimento: rapporto tra lavoro prodotto e calore ricevuto dal motore.
- Calore: energia che passa tra corpi a temperature diverse.
- Lavoro: energia trasferita quando una forza sposta un oggetto.
Riferimenti
- Norma: Riordino degli istituti tecnici
- Obiettivo formativo coperto: ob.tecnico-meccanica-meccatronica-energia.meccanica-macchine-ed-energia.cl3.termodinamica.05