Frigoriferi e pompe di calore

Il frigorifero: portare il calore in salita

Il calore passa da solo dal caldo al freddo, mai al contrario. Un frigorifero fa proprio il contrario: toglie calore dall’interno, freddo, e lo porta fuori, nella cucina più calda. Per farlo deve spendere lavoro, quello del compressore. Il retro del frigorifero è caldo perché lì esce il calore tolto dall’interno più il lavoro speso.

Efficienza ideale (COP) —
Efficienza di questo frigorifero —
Lavoro per togliere 1000 J —
Efficienza come pompa di calore —
Q₁ = Q₂ + L
COP = Q₂ / L ≤ T₂ / (T₁ − T₂)

Il secondo principio nella forma di Clausius dice che il calore non passa spontaneamente da un corpo freddo a uno caldo. Un frigorifero lo fa, ma spendendo lavoro: preleva Q₂ dall’interno e cede Q₁ = Q₂ + L all’esterno.

La sua efficienza si misura con il coefficiente di prestazione COP = Q₂ / L: quanti joule tolti dall’interno per ogni joule di lavoro. Il massimo è quello di un ciclo di Carnot al contrario, T₂ / (T₁ − T₂): più piccola è la differenza di temperatura, più è facile.

Una pompa di calore è la stessa macchina usata per scaldare la casa: conta il calore Q₁ portato dentro, e il suo COP è Q₁ / L, sempre maggiore di 1. Per questo scaldare con una pompa di calore consuma meno che scaldare con una resistenza elettrica.

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