secondo principio della termodinamica e paradosso idrodinamico

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    sasa
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    Qualche giorno fa tornando a casa da mare la mia autovettura era un forno. Dopo aver acceso l’aria condizionata ed essere partito mi sono chiesto se il mio movimento rispetto all’aria avrebbe velocizzato il raffreddamento del mio veicolo, e mi sono risposto di sì. Mi sono poi anche chiesto se l’aria in moto relativo rispetto al mio veicolo avrebbe continuato a raffreddarlo anche dopo che la temperatura interna dell’abitacolo fosse scesa sotto al valore della temperatura esterna misurata rispetto al suolo. Ecco allora che ho avuto la seguente intuizione, per la quale chiedo revisione paritaria:

    UNA MACCHINA IDEALE ANTIKELVIN COMPATIBILE CON LE ALTRE LEGGI NOTE DELLA FISICA

    Il secondo principio della termodinamica recita: “È impossibile realizzare una trasformazione ciclica il cui unico risultato sia la trasformazione in lavoro di tutto il calore assorbito da una sorgente omogenea”

    Esso fu formulato a partire dall’osservazione che qualsiasi trasformazione termodinamica ciclica che produca lavoro netto richiede un qualche tratto in cui avviene un’espansione senza raffreddamento ed in qualche altro una compressione senza riscaldamento ad una temperatura inferiore della trasformazione precedente. Questo può avvenire solo se il gas si trova nei primi tratti a contatto con una sorgente calda, e nei secondi con una sorgente più fredda. Gli scienziati hanno creduto che se una sorgente di calore è omogenea, non potrà fornire questa differenza di temperatura, ed occorrerebbe quindi usarne un’altra, e si sarebbe dimostrato che se si volesse recuperare il calore perduto nella sorgente fredda si consumerebbe più lavoro di quello che si potrebbe produrre nel processo.

    In questo ragionamento esiste però un errore fondamentale, cioè che una sorgente omogenea non possa fornire differenze di temperatura utili a far funzionare una macchina termica. Chiaramente essa non può fornirle nel sistema di riferimento in cui tale sorgente è omogenea, ma può fornirle in uno in cui la temperatura risulta variare nel tempo. Sarà sufficiente porre una macchina di Carnot in un opportuno sistema di riferimento per realizzare una macchina antiKelvin in un altro, come dimostreremo. Chiaramente questo confuta alternativamente il secondo principio della termodinamica, nella sua forma attuale, o il primo postulato della relatività generale che recita: “le leggi della fisica hanno la stessa forma in tutti i sistemi di riferimento”. Per comodità considereremo implicito nel termine “secondo principio della termodinamica” il primo postulato della relatività generale.

    Il sistema di riferimento opportuno è un veicolo che presenta le seguenti caratteristiche:
    -è solidale col sistema di riferimento in cui la sorgente di calore è omogenea (e.g. suolo rispetto all’aria) durante l’espansione isoterma
    -accelera fino ad una velocità massima v prestabilita durante l’espansione adiabatica
    -mantiene costante la velocità massima durante la compressione isoterma
    -decelera fino alla velocità iniziale durante la compressione adiabatica.

    In questo sistema di riferimento la temperatura della sorgente varia durante il ciclo da una temperatura massima T ad una minima T-mmv^2/2R come ricavabile dall’equazione di Bernoulli combinata con l’equazione di stato dei gas, mentre in quello rispetto al quale abbiamo programmato il nostro veicolo la temperatura resta costantemente T.
    Poiché abbiamo montato la nostra macchina di Carnot sul veicolo, non c’è dubbio che essa possa funzionare tra le temperature massima e minima indicate, producendo lavoro, e questo lavoro è misurabile in qualsiasi sistema di riferimento, anche non solidale alla macchina, contro il secondo principio della termodinamica ed i limiti di rendimento di una macchina termica ad esso associati.

    È probabile che di fronte a queste evidenze gli scienziati concordino per riformulare il secondo principio della termodinamica in questo modo: “È impossibile realizzare una trasformazione ciclica il cui unico risultato sia la trasformazione in lavoro di tutto il calore assorbito da una sorgente nel sistema di riferimento in cui essa è omogenea”.
    Ciò sarebbe una professione di free energy. Infatti la scienza a quel punto non starebbe più negando che sia possibile spostarsi in autovettura da Bolzano a Foggia usando l’energia termica dell’aria oggi considerata degradata. Questo perché anche se tale lavoro non potrebbe essere prodotto nel sistema di riferimento del suolo, se la temperatura dell’aria risultasse omogenea nel tragitto, così non sarebbe nel sistema di riferimento dell’autovettura.

    Alcuni, per opporsi alla free energy potrebbero convincersi che gli attriti a cui sarebbe sottoposta la macchina+veicolo in tutti i casi reali dissipino qualsiasi quantità di lavoro che la macchina stessa possa produrre. Ciò però non è possibile perché gli attriti del sistema non eccedono quelli che si avrebbero con due sorgenti distinte poste alle medesime temperature massima e minima di quelle qui operative, ed è certamente possibile costruire macchine termiche reali per tali estremi di temperatura. Inoltre si fa presente che il lavoro dissipato per il moto di accelerazione, rettilineo uniforme e decelerazione, che è l’unica porzione di lavoro dissipato da aggiungersi in questo dispositivo rispetto ad una macchina reale statica, non ha la facoltà di riaffermare il secondo principio, perché tali attriti possono dissipare solo lavoro utile formatosi in questo caso da tutto il calore sottratto da una sorgente omogenea, contro il secondo principio.

    Altri potrebbero convincersi che in qualsiasi caso reale la nostra macchina non possa mai produrre più lavoro di quello dissipato dal veicolo, che quindi potrebbe funzionare solo con del lavoro aggiunto. Anche se questa ipotesi fosse vera, non sarebbe negata la free energy, poiché certamente il veicolo qui descritto può spostarsi consumando meno lavoro esterno di quello che viene dissipato, in quanto la differenza viene dalla macchina termica antiKelvin, e se un veicolo si sposta consumando meno lavoro esterno di quello che dissipa siamo ancora in un caso di free energy. Si fa presente che comunque l’onere della prova di questa ipotesi limitativa ricade su chi l’afferma.

    Note:
    -mm=massa molare
    -in fase di decelerazione l’energia cinetica del veicolo può essere parzialmente recuperata, idealmente viene tutta recuperata in assenza di attriti.


    sasa

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