Termodinamica
Ciclo di Carnot
Il ciclo più efficiente: η = 1 − Tc/Th.
Ciclo di Carnot — simulazione interattiva (Termodinamica). Il ciclo più efficiente: η = 1 − Tc/Th. Laboratorio virtuale di fisica gratuito nel browser con misure SI dal vivo e tutorial guidato.
Rendimento di Carnot
Il ciclo più efficiente: η = 1 − Tc/Th.
Una macchina di Carnot opera reversibilmente tra due serbatoi. Ogni ramo è isoterma (scambio di calore a T fissa) o adiabatica (nessun calore). Nessuna macchina reale può superare questo rendimento, perché l'irreversibilità spreca energia utile in produzione di entropia.
- η = 1 − T_c/T_h
- η massimo
Sintesi dell'indagine
Pianifica la domanda prima di aprire il laboratorio
La sintesi riprende la pagina pre-renderizzata: domanda guida, previsioni concorrenti, ruoli delle variabili, leggi dominanti, procedura, analisi ed estensioni restano visibili e in quest'ordine.
Domanda guida
Una macchina di Carnot porta il gas per 4 rami (espansione isoterma, espansione adiabatica, compressione isoterma, compressione adiabatica) tornando allo stato iniziale. L'energia interna del gas cambia in un ciclo completo?
Previsioni da valutare
- L'energia interna cresce sul ciclo, perché il gas compie lavoro netto positivo.
- L'energia interna torna al valore iniziale: variazione netta nulla su un ciclo chiuso.
- L'energia interna cala sul ciclo.
Ruoli delle variabili
Cosa imposti tu:
- Numero del ramo
Cosa misuri:
- Volume bersaglio del ramo V (L)
- Lavoro del gas su questo ramo (J)
Come si svolge l'indagine
- Apri il preset carnot-cycle e premi Reset. 1 mol di argon (f = 3) cicla tra un serbatoio caldo a 600 K e uno freddo a 300 K.
- Attiva la lettura del lavoro per ramo.
- Per ogni ramo del ciclo (da 1 a 4), leggi volume bersaglio e lavoro del gas su quel ramo.
Equazione che governa
Rendimento di Carnot — η_c = 1 − Tc / Th
L'efficienza massima possibile di un qualunque motore termico operante tra un serbatoio caldo Th e uno freddo Tc dipende solo dal loro rapporto di temperature: η_c = 1 − Tc/Th.
Cosa il foglio stampabile chiede di ricavare agli studenti
- Somma i valori di lavoro dei tuoi 4 rami. Confronta il totale con nR(Th − Tc)·ln(2) (approssimato, per i rapporti di volume di questo ciclo) e l'efficienza del ciclo η = W_net/Qin con il valore di Carnot η_c = 1 − Tc/Th = 1 − 300/600 = 0.5.
- Due rami hanno lavoro positivo (espansione) e due negativo (compressione). Spiega perché il lavoro *netto* sul ciclo resta comunque positivo, rendendolo una macchina termica e non un ciclo inutile.
Dove si ritrova fuori dal laboratorio
- Nessun motore reale operante tra le stesse due temperature dei serbatoi può superare l'efficienza di Carnot. Usando η_c = 1 − Tc/Th, spiega perché un motore raggiungerebbe il 100% di efficienza solo con Tc = 0 K — fisicamente irraggiungibile.
- Il ciclo di Carnot è fatto interamente di passi reversibili (isotermi e adiabatiche, idealizzati come infinitamente lenti). Spiega perché una macchina reale, inevitabilmente con attrito e trasferimento finito, non può mai raggiungere quel rendimento ideale.
- AP Physics 2 — Unit 9: Thermodynamics
- IB Physics — B.4 Thermodynamics
- General High School Physics — Heat, temperature & gas laws
- NGSS High School Physics — Thermal energy transfer
- Benvenuto al ciclo di Carnot
- Seleziona la camera
- Premi Play
- Rendimento massimo
- Apri il pannello Proprietà
- Ce l'hai fatta!
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Macchine termiche e rendimento di Carnot