Congelatore e secondo principio

Testo

Uno studente afferma: “Un congelatore diminuisce l’entropia dell’acqua quando la trasforma in ghiaccio, quindi viola il secondo principio della termodinamica”. Spiega perché l’affermazione è sbagliata, indicando dove e come aumenta l’entropia complessiva.

Soluzione

L’errore sta nell’applicare il secondo principio a un sistema che non è isolato. La forma $\Delta S \ge 0$ vale solo per un sistema ISOLATO, ovvero per l’universo nel suo complesso, non per la sola acqua.

Un congelatore è una macchina frigorifera: assorbe lavoro elettrico $L$ e, per sottrarre il calore $Q_\text{f}$ all’acqua da congelare, scarica all’ambiente (attraverso la serpentina posteriore) un calore $Q_\text{c} = Q_\text{f} + L > Q_\text{f}$ maggiore di quello prelevato dall’acqua.

È vero che l’acqua diminuisce la propria entropia congelando ($\Delta S_\text{acqua} < 0$), ma l’ambiente riceve una quantità di calore maggiore, a temperatura relativamente bassa, e la sua entropia cresce più di quanto cali quella dell’acqua: $\Delta S_\text{ambiente} > |\Delta S_\text{acqua}|$ Il bilancio complessivo è quindi $\ev{\Delta S_\text{tot} > 0}$ Nessuna violazione del secondo principio: l’ordine creato localmente (acqua che diventa ghiaccio ordinato) è pagato con un aumento maggiore di disordine nell’ambiente.

Collegamenti

Argomenti: Entropia e secondo principio Concetti: Entropia · Secondo principio della termodinamica · Frigorifero e pompa di calore Competenze: Bilancio entropico Oggetti: Frigorifero