Frigoriferi e pompe di calore

Se il ciclo di Carnot viene percorso al contrario — in senso antiorario nel diagramma $P$-$V$ — la macchina inverte tutti i suoi flussi: invece di produrre lavoro, ne assorbe, e usa questo lavoro per spostare calore dalla sorgente fredda a quella calda, cioè contro il verso spontaneo del flusso di calore.

L’intuizione fisica è semplice: il calore non risale mai da solo dal freddo al caldo (secondo principio), ma possiamo pomparlo pagando con lavoro esterno. È esattamente ciò che fa il compressore di un frigorifero o di una pompa di calore.

Lo stesso dispositivo prende nomi diversi a seconda di cosa ci interessa:

• Frigorifero: ci interessa il calore $Q_C$ estratto dal vano freddo (raffreddare).
• Pompa di calore: ci interessa il calore $Q_H$ ceduto all’ambiente caldo (riscaldare).

Per queste macchine non si parla di rendimento (sarebbe maggiore di $1$ e non avrebbe senso confrontarlo con la macchina motrice) ma di coefficiente di prestazione (COP, coefficient of performance), cioè il rapporto fra l’effetto utile e il lavoro speso.

Sintesi

$\begin{aligned} \textbf{Motore:}\quad & \eta = \frac{L}{Q_H} \\ \textbf{Frigorifero:}\quad & \text{COP}_\text{fr} = \frac{Q_C}{L} \\ \textbf{Pompa di calore:}\quad & \text{COP}_\text{pdc} = \frac{Q_H}{L} \end{aligned}$ Il motore estrae lavoro dal calore; il frigorifero e la pompa di calore spendono lavoro per muovere calore. Il COP è tipicamente maggiore di $1$: con un joule di lavoro si spostano più joule di calore.

Collegamenti

Argomenti: Macchine termiche Concetti: Frigorifero e pompa di calore · Secondo principio della termodinamica Oggetti: Frigorifero

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