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Esercizio sul ciclo frigorifero

Esercizio svolto sul ciclo frigorifero

Un ciclo frigorifero è progettato per assorbire calore da una sorgente esterna che si trova a 273 K e riscaldare un ambiente interno che si trova a una temperatura di 298 K.

Quanti kWh di calore verrebbero forniti dalla macchina all'ambiente per ogni kWh di energia elettrica necessario a far funzionare il refrigeratore?

Svolgimento

La macchina considerata nel problema è una macchina di tipo frigorifera il cui obiettivo è sottrarre calore ad una sorgente più fredda per riversarla in una più calda.

Il rendimento di un ciclo frigorifero di Carnot è pari a:

r = Tf / (Tc - Tf)

Ma sappiamo che per un ciclo di Carnot il rendimento può anche scriversi come:

r = Qa / (Qc - Qa) = Qa / L

In cui Qa è la quantità di calore sottratta alla sorgente fredda mentre Qc è quella rilasciata alla sorgente calda ed L è il lavoro compiuto dalla macchina frigorifera in un ciclo.

Possiamo dunque scrivere

Tf / (Tc - Tf) = Qa / L

e quindi moltiplicando ambo i membri per il lavoro L:

98

Ora poiché

Qc - Qa = L

Allora:

99

Ovvero:

100

Dunque se poniamo

L = 1 kWh

otterremo la quantità di calore ceduta alla sorgente calda che sarà pari a:

101

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