Physics
Macchine termiche
Un pistone a gas percorre i cicli di Carnot, Otto e Stirling su un diagramma pV vivo: lavoro per ciclo, rendimento contro il limite di Carnot, e un frigorifero in retromarcia.
Cosa succede
Niente qui è disegnato - il ciclo va guadagnato. Quattrocento molecole martellano il pistone, ogni impatto registrato come lavoro e pressione, ogni contatto con la parete come calore, e il ciclo pV si assembla da solo da quei micro-impulsi, proprio tra i binari delle isoterme analitiche. Le corse isolate cavalcano PV^(5/3) = const (γ = 5/3) con ΔU = −W fino all'ultima cifra, l'area del ciclo pareggia il lavoro raccolto, e il rendimento misurato di un Carnot lento preme contro 1 − Tc/Th dal basso - il caos molecolare che fa rispettare il secondo principio. Passate a Otto o Stirling, guardate il rettangolo T-S deformarsi, o spuntate la casella e fate girare la stessa macchina come frigorifero che pompa calore in salita.
Equazioni del modulo
Equazioni W = ∫ p dV intorno al ciclo termodinamico chiuso (l'area racchiusa dalla curva pV) η = W / Q_in, η_Carnot = 1 − T_c / T_h p V = n R T, p V^γ = const (adiabat) attrito: W_shaft = W_gas − F·∫|dL|; η_shaft = W_shaft / Q_h; il ciclo pV descrive il lavoro del gas e rimane invariato; l'attrito riduce il lavoro fornito dall'albero scala: p ≈ N T / V = 100…400, W_Carnot = N (T_h − T_c) ln 2 = 111, percorso del pistone ≈ 6.6 per ciclo: F = 8 consuma metà del lavoro
