Macchine termiche e frigoriferi

Abbiamo visto come ha poco senso parlare di rendimento per macchine termiche con lavoro totale negativo; tuttavia, esistono numerosi cicli termodinamici il cui lavoro totale è negativo. Moralmente, basta prendere qualsiasi ciclo reversibile con lavoro positivo e invertirlo per ottenere un altro ciclo reversibile con lavoro in modulo uguale a quello di prima, ma negativo. In questi casi, non parleremo più di macchine termiche, perché il ciclo non compie lavoro (bensì lo subisce), ma parleremo più propriamente di macchine frigorifere o pompe di calore. La differenza tra le due, dal lato teorico, è ininfluente, ma dal lato costruttivo no: infatti un frigorifero serve a raffreddare un ambiente, mentre una pompa di calore a riscaldarlo. Tuttavia, il loro funzionamento è identico.

Partiamo subito col dire che è errato affermare che un frigorifero è una macchina termica a lavoro negativo. Questo è vero, ma è una conseguenza: la caratteristica delle macchine frigorifere (o pompe di calore) è, infatti, quella di assorbire calore da una sorgente fredda per poi cederlo ad un sorgente calda. Nel caso dei frigoriferi, si assorbe calore dall'interno della macchina cedendolo all'esterno, mentre le pompe di calore (come i condizionatori) assorbono calore dall'esterno (freddo) cedendolo all'interno (caldo). Per questi due tipi di macchine, il rendimento risulterebbe sempre negativo per via del lavoro subito. Per questo, si definisce il coefficiente di prestazione, meglio conosciuto come :

Poiché sappiamo che da cui , abbiamo anche la relazione:

Frigorifero di Carnot[modifica | modifica wikitesto]

Consideriamo ora il frigorifero di Carnot, ovvero il ciclo di Carnot invertito. Per questa macchina, il ha un'espressione tipica:

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