Come calcolare il rendimento di una macchina termica

La termodinamica è una branca incredibilmente ampia della fisica. All'interno di tale branca vengono passate in rassegna tutte quelle trasformazioni che avvengono tra calore e lavoro, con il primo che si trasforma nel secondo e viceversa. Tra i dispositivi in grado di scambiare calore e lavoro con altri sistemi o con l'ambiente circostante vi è da segnalare la macchina termica. Il nome può spaventare, ma in realtà anche i motori meccanici delle autovetture sono macchine termiche, in quanto sono in grado di produrre e scambiare calore con l'esterno indipendentemente dal funzionamento degli stessi. Attorno alle macchine termiche è possibile eseguire calcoli di vario tipo, che poi rappresentano le basi matematiche vere e proprie della termodinamica. Tra i valori matematici calcolabili in quest'ottica vi è il rendimento, ovvero il rapporto (sempre minore a 1) tra la quantità di calore prodotta dalla macchina stessa e la quantità di calore che questa invece assorbe al suo interno. Entriamo più nello specifico e, partendo da una definizione più accurata, vediamo come calcolare il rendimento di una macchina termica.

• Libro di testo di termodinamica (trattante la macchina termica)
• Carta e penna (per lo svolgimento di eventuali esercizi)

Come anticipato, il rendimento è il rapporto tra calore prodotto da una macchina termica e il calore che viene assorbito dalla stessa. Il valore in questione è sempre minore a 1 (o comunque sempre minore al 100%) in quanto in fase di produzione di calore è inevitabile che una parte di questo venga persa irrimediabilmente. Il risultato che viene fuori dal calcolo del rendimento determina quindi il "guadagno" che si ottiene facendo funzionare la macchina termica e la "spesa" che permette di far funzionare la macchina stessa.

Analizzando ancor più in profondità l'argomento, si ottiene che il rendimento è il rapporto tra lavoro e energia in ingresso all'interno della macchina termica. Di conseguenza, tenendo in considerazione di denominare il lavoro con la lettera "L" e l'energia in questione con la lettera "E", si ottiene:
R (rendimento) = L (lavoro) / E i (energia in ingresso)
Un'ulteriore precisazione va fatta sull'ottenimento del lavoro. Esso è ottenibile anche dalla differenza tra l'energia in ingresso (E i) e l'energia in uscita (E u), per cui la formula del rendimento assumerà la seguente forma:
R (rendimento) = (E i - E u) / E i.

Per via della sua natura, sempre inferiore a 1 (o al 100%), tanto il valore del rendimento di una macchina termica si avvicina ad 1 (o a 100), maggiore sarà l'efficienza della macchina stessa. Nessuna macchina è in grado di raggiungere un rendimento pari al 100%, anche se le tecnologie moderne permettono di recuperare gran parte del calore speso per far funzionare il meccanismo in questione. Se desiderate altre informazioni su come calcolare il rendimento di una macchina termica consultate il link: https://digilander.libero.it/ilprogresso/nuova_pagina_20.htm.

• Per una maggiore comprensione dell'argomento, oltre alla lettura della guida e degli altri documenti qui proposti, si consiglia l'esecuzione di esercizi pratici relativi al calcolo del rendimento, così da ferrare al meglio le proprie conoscenze in materia.

• Esempio di calcolo del rendimento di una macchina termica
• Formulario di termodinamica
• Macchine termiche: un approfondimento