In breve: Le macchine termiche trasformano il calore in lavoro. Capire energia e potenza aiuta a misurarne il funzionamento.
Che cosa sono le macchine termiche
Una macchina termica è un dispositivo che trasforma il calore in lavoro meccanico. Un esempio è il motore dell'automobile.
Queste macchine ricevono energia da una sorgente calda. Poi cedono una parte di questa energia a una sorgente fredda. La differenza diventa lavoro utile.
Nella vita di tutti i giorni le incontriamo spesso. Sono macchine termiche i frigoriferi, le caldaie e le centrali elettriche a vapore.
Energia, lavoro e potenza
L'energia è la capacità di un sistema di compiere un lavoro. Si misura in joule (J).
Il lavoro è il trasferimento di energia che produce un movimento o una trasformazione. Anche il lavoro si misura in joule.
La potenza indica la rapidità con cui si compie un lavoro. Si calcola come lavoro diviso il tempo impiegato. L'unità di misura è il watt (W).
Nelle macchine termiche queste tre grandezze sono collegate. Il calore in ingresso diventa lavoro in uscita, ma non tutto. Una parte si disperde sempre come calore non utilizzabile.
Il rendimento misura quanta energia entrante diventa lavoro utile. Si esprime come rapporto fra lavoro ottenuto ed energia fornita.
Esempi pratici
Pensiamo al motore di un'auto. Il combustibile brucia e produce calore. Una parte di questo calore muove i pistoni e fa girare le ruote. Il resto esce dal tubo di scarico come gas caldi.
Per calcolare la potenza basta dividere il lavoro per il tempo. Se una macchina compie 6000 joule in 2 secondi, la sua potenza è 3000 watt.
Una caldaia domestica trasferisce calore all'acqua dei termosifoni. Anche qui c'è uno scambio di energia tipico delle macchine termiche.
Nelle centrali termoelettriche il vapore acqueo muove turbine collegate a generatori. Così il calore diventa energia elettrica.
Parole difficili
- Macchina termica: dispositivo che trasforma calore in lavoro meccanico.
- Joule: unità di misura di energia e lavoro nel sistema internazionale.
- Watt: unità di misura della potenza, pari a un joule al secondo.
- Rendimento: rapporto fra lavoro utile ottenuto ed energia fornita alla macchina.
- Sorgente calda: corpo da cui la macchina riceve calore in ingresso.
- Sorgente fredda: corpo a cui la macchina cede il calore non utilizzato.
Riferimenti
- Norma: Riordino degli istituti tecnici
- Obiettivo formativo coperto: ob.tecnico-chimica-materiali-biotecnologie.fisica-ambientale.cl3.energia-macchine-termiche.01