Termodinamica

Frigorifero (Carnot invertito)

Avvia al contrario: il lavoro fornito pompa calore dal freddo al caldo (COP = Tc/(Th−Tc)).

Frigorifero (Carnot invertito) — simulazione interattiva (Termodinamica). Avvia al contrario: il lavoro fornito pompa calore dal freddo al caldo (COP = Tc/(Th−Tc)). Laboratorio virtuale di fisica gratuito nel browser con misure SI dal vivo e tutorial guidato.

COP del frigorifero

Avvia al contrario: il lavoro fornito pompa calore dal freddo al caldo (COP = Tc/(Th−Tc)).

Un frigorifero è un motore termico fatto girare al contrario: il lavoro elettrico sposta calore dall'interno freddo alla stanza tiepida. Il coefficiente di prestazione COP = Q_c/W può superare 1 perché il calore pompato è maggiore del lavoro fornito — a differenza dell'efficienza, sempre ≤ 1.

• COP = T_c/(T_h−T_c)
• Lavoro in ingresso

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

Invertendo il ciclo di Carnot si trasforma una macchina in frigorifero: il lavoro netto ENTRA invece di uscire. Il gas assorbe ancora calore dal serbatoio freddo, come un frigo vero che lo estrae dall'interno?

Previsioni da valutare

• No: invertendo il ciclo si scambiano anche i serbatoi.
• Un ciclo invertito non scambia calore con alcun serbatoio.
• Sì: il ciclo invertito assorbe calore dal lato freddo e ne scarica di più su quello caldo, usando il lavoro in ingresso.

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

1. Apri il preset frigorifero di Carnot e premi Reimposta. Gli stessi 4 rami di carnot-cycle girano in ordine inverso.
2. Attiva la lettura del lavoro per ramo e i COP di raffreddamento/riscaldamento.
3. Per ogni ramo (da 1 a 4), leggi volume bersaglio e lavoro del gas su quel ramo.

Equazione che governa

Coefficiente di prestazione del frigorifero — COP = Tc / (Th − Tc)

La prestazione frigorifera di un ciclo di Carnot invertito si misura con COP_cool = Tc/(Th − Tc): quanto calore viene rimosso dallo spazio freddo per unità di lavoro fornito. Gap di temperatura minori danno un COP migliore (più alto).

Cosa il foglio stampabile chiede di ricavare agli studenti

• Somma i valori di lavoro dei tuoi 4 rami — il totale (lavoro netto compiuto DAL gas) dovrebbe risultare negativo, il che significa che al gas va fornito lavoro netto. Calcola il COP frigorifero = Tc/(Th − Tc) = 300/(600−300) = 1.0 e il COP termico = Th/(Th − Tc) = 2.0.
• Confronta l'ordine dei rami con carnot-cycle. Spiega come la semplice inversione della sequenza trasformi il ciclo da macchina (lavoro netto fuori) a frigorifero (lavoro netto dentro).

Dove si ritrova fuori dal laboratorio

• Un COP di raffreddamento di 1.0 significa spostare 1 J di calore dallo spazio freddo per ogni 1 J di lavoro fornito. Un COP di riscaldamento di 2.0 (pompa di calore) significa consegnare 2 J al vano caldo per 1 J di lavoro. Spiega perché COP_heat è sempre esattamente 1 in più di COP_cool a parità di serbatoi.
• A differenza del rendimento (sempre ≤ 1), il COP può superare 1 — senza violare la conservazione dell'energia. Spiega perché COP > 1 è possibile: l'energia extra consegnata viene dal serbatoio raffreddato, non creata dal nulla.

• 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

1. Benvenuto al frigorifero di Carnot
2. Seleziona la camera
3. Premi Play
4. COP del frigorifero
5. Apri il pannello Proprietà
6. Ce l'hai fatta!

Apri la simulazione interattiva per costruire la scena, premere Play ed esplorare con misure dal vivo e un tutorial guidato.

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Macchine termiche e rendimento di Carnot