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Titolo: [PH]Motore animale

Se, per il secondo principio della termodinamica, 
la macchina che trasforma energia termica in energia 
meccanica con il miglior rendimento e' la macchina 
di Carnot, il cui rendimento e' il rapporto tra la 
temperatura assoluta minima e massima del ciclo, 
e se e' vero che non si puo' fare una macchina con 
rendimento migliore in quel campo di temperature, 
come fa a funzionare cosi' bene un motore animale
a circa soli 37 gradi centigradi?
Ciao   :o)
Livio Zucca
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It isn't trivial!
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 a circa soli 37 gradi centigradi?
Non me lo sono mai chiesto, e quindi
la butto qui, dopo un minimo si spoiler:
[Sp..]
1) Infatti piu' la temperatura esterna e'
bassa, piu' aumenta il rendimento (in una approssimazione
di grado 0). Piu' hai freddo, piu' hai
voglia di lavorare...(ma che dico?)...
2) Mica e' vero che il nostro rendimento
e' alto: ad esempio, se stai fermo, consumi
e non sviluppi alcun lavoro....
sandro.

 a circa soli 37 gradi centigradi?
Non credo che il rendimento della macchina animale sia tra i migliori.
Direi che la macchina va bene, ma ... consuma troppo.
Non ho sottomano le tabelle di conversione delle unità di misura
dell'energia e della potenza, ma credo che rapportando alle 24 ore tutte le
calorie che ci pappiamo in un giorno, dovremmo aspettarci prestazioni
fisiche decisamente superiori.
Ma, IMO, quel che è peggio è il fatto che utilizziamo carburanti
eccessivamente costosi. Credo che la caloria del pane o della fettina costi
ben più di quella della benzina (almeno al netto delle imposte).
Quello che invece è conveniente in questo tipo di motori è il basso costo di
produzione.
Si tratta dell'unica macchina che può essere prodotta facilmente da
manodopera non specializzata, ed entusiasta, almeno nella fase iniziale
della produzione.
:-)
ciao
paolo

Qualche calcolo a sostegno della tesi enigmatica:
Pedalando per un'ora sulla mia moutain-bike 
quando ero in forma portavo il peso complessivo
di 100 Kg ad un dislivello di 800 metri,
consumando, a detta del dietologo, 700 calorie
pari a 100 grammi di grasso superfluo, a 82 g
di zucchero, 70 g di benzina.
Energia netta prodotta: 
100x9.8x800 = 784.000 Joule
Equivalente meccanico di 700 Kilocalorie:
700x1000/0,241 = 2.905.000 Joule
Rendimento = E_mec/E_term =~ 27 %
bicicletta e tutto il resto compresi.
Una macchina ideale di Carnot che lavorasse
diciamo tra i 37 gradi centigradi della temp.
corporea e i 20 gradi di un tempo primaverile
avrebbe un rendimento:
(T1-T2)/T1 (in Kelvin) =~ 5,5 %
Ed una reale, molto meno.
Meditiamo?
Livio
-- 
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

 Meditiamo?
Meditiamo!
Premetto che non sono un fisico, né tantomeno un biologo, quindi la butto
lì, pronto a ricredermi se mi si dimostra che sbaglio.
La mia auto pesa, carico compreso, circa 1000 Kg.
Percorro una strada in salita, con pendenza 8%; in 10 Km supero il
dislivello di 800 m.
Se la strada è abbastanza scorrevole, con curve ad ampio raggio che non mi
costringono a cambi di marcia, l'auto è efficiente ed ha una buona
aerodinamica, faccio girare il motore ad un regime ottimale, mi posso
aspettare un consumo non superiore a 700 g di benzina; quindi un rendimento
almeno uguale a quello della mountain-bike.
Obiezione, vostro onore!
La benzina brucia ad una temperatura superiore ai 37 gradi.
Allora mi domando: ma è veramente influente questa temperatura? O non dovrò
forse considerare la temperatura iniziale della benzina nel serbatoio,
trascurando tutte le trasformazioni intermedie?
IMO il problema è un altro. Sia il corpo umano, sia l'auto, non si limitano
a trasferire energia termica da una temperatura maggiore ad una minore, ma
producono quella energia termica partendo dall'energia chimica contenuta nel
combustibile.
E il combustibile è stato fabbricato sfruttando a sua volta altra energia,
quella solare.
Quanta energia solare è stata necessaria, nel corso dei millenni, prima per
creare i microrganismi, e poi per trasformarli nel petrolio da cui derivano
i 70 g di benzina?
Supponiamo che, per produrre i 100 g di grasso superfluo o gli 82 g di
zucchero che vai a bruciare pedalando, tu abbia mangiato qualche fettina di
carne bovina; il bovino ha prodotto la corrispondente massa muscolare
mangiando grandi quantità di foraggio (oppure di farina animale, ma questa è
un'altra storia), e per produrre quel foraggio attraverso la fotosintesi è
stata impiegata altra energia solare. Quanta? Non ne ho idea.
Ma credo che tutta 'sta energia andrebbe messa in conto, ed allora il
rendimento risulterebbe minimo.
Tornando invece al problema dei dobloni.
Se tu andassi a benzina, potresti salire a 800 m consumando poco meno di un
decilitro, cioè circa 200 lirette, ai prezzi attuali, imposte comprese.
Invece con altri tipi di carburante, anche se ti limitassi a mangiare pane e
cipolle, sono sicuro che il costo risulta decisamente superiore.
Resto quindi dell'idea che stiamo parlando comunque di macchine
antieconomiche.
ciao
paolo

 (T1-T2)/T1 (in Kelvin) =~ 5,5 %
a me viene 45.94 %
(37 - 20) / 37  
0.459(459)
Ciao R.

 a trasferire energia termica da una temperatura maggiore ad una minore,
non c`entra.. sta di fatto che il rendimento teorico dovrebbe essere
maggiore di quello reale.. l`impressione e` che qualche numero sia
sbagliato.
Ciao R.


No. Le temperature per questo calcolo vanno riferite allo
zero assoluto, quindi in gradi Kelvin:
 
(37+273-20-273)/(37+273)=0.0548 ==~ 5.5 %
 
Ciao
Livio
 
 
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Inviato da: 62.10.36.86, via 
http://usenet.iol.it
 

 antieconomiche.
 
Ehm... la fotosintesi clorofilliana ha, ad esempio, un rendimento
migliore di qualunque nostro pannello al silicio. Se mangio mele per
pedalare, il rendimento totale non e' niente male!
 
Pero' vado un po' OT. Il problema che ho posto e' che il motore
animale ha un rendimento maggiore di quello che un termodinamico
si puo' aspettare secondo i sacrosanti principi noti. 
E' qui per me l'enigma!
 
Ciao  :o)



Alcune riflessioni per stimolare la riflessione  ( eh, eh, eh,  risata
maligna )
- Ma allora come fanno a "funzionare" i beduini nel deserto visto che la
temperatura dell'ambiente (a cui si dovrebbe cedere calore) č spesso
superiore a quella del corpo umano (cioč la sorgente di calore) ?
- A meno che la bicicletta di Livio sia una specie di supercoduttore in
ambito meccanico, suppongo che l'energia da impiegare per vincere gli
attriti sia non trascurabile nel calcolo che invece tiene conto solo
dell'energia potenziale. Secondo me č dello stesso ordine di grandezza se
non superiore e quindi il rendimento č molto piů alto !
- Rileggetevi meglio la legge di Carnot. La maggior parte della gente non si
accorge che la macchina in questione viene definita dall'aggettivo "ciclica"
e/o "reversibile". E' applicabile al corpo umano?  (eh eh , altra risata
maligna)
- per inciso,  a mio parere, le piů grandi porcate che si sentono dagli
studenti di fisica riguardano in genere o il ciclo di Carnot o la teoria del
corpo nero.
- attenzione a distinguere dove si parla di energia chimica e dove di
macchina termodinamica ciclica. Una pila collegata ad un motore elettrico
produce lavoro anche se č a temperatura ambiente. Ma allora T1= T2 e il
rendimento del 100%. Siccome poi sono furbo, io scaldo la pila cosě ho un
rendimento >1. Wow!!!      Un momento ma č una macchina reversibile e
ciclica?
Ciao
Rascal


Alcune riflessioni per stimolare la meditazione  ( eh, eh, eh,  risata


 corpo nero.
 
Anche dai professori!    :o)))))))))
 
 
Ciao e grazie  :o)
Livio
 
 
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Inviato da: 212.171.113.8, via 
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Concordo con te riguardo all'alto rendimento della macchina bicicletta.
Toccate anche a me tutto (entro i limiti della decenza) ma non la mia
bicicletta. Tuttavia, soprattutto con una mountain bike , resto dell'idea
che gli attriti non siano trascurabili, soprattutto quello dovuto all'aria;
hai mai provato a pedalare con un venticello contro, anche non troppo forte?
Altra prova: raggiungi su strada piana una certa velocità V e smetti di
pedalare; a quel punto disponi di un'energia (cinetica) di  (m*V^2)/2; che
distanza riesci a percorrere prima di fermarti, cioè prima che tale energia
venga dissipata dagli attriti?
Per evitare di essere OT, parlando di biciclette mi è venuto in mente questo
enigma:
La dimensione delle ruote della bicicletta influenza le sue prestazioni ? In
particolare STABILITA' e RENDIMENTO MECCANICO ?
Ciao
Rascal

a circa soli 37 gradi centigradi?
Forse perchč un animale non č un motore termico, ma chimico.
-- 
Topoldo  
www.pianetalinux.com
(Grazie a Dio, sono ateo)

 Forse perchč un animale non č un motore termico, ma chimico.
 
Mi aspettavo questa risposta.
Pero' a questo punto vorrei sapere:
1) Come funziona?
2) Che rendimento teorico ci si puo' aspettare?
3) Perche' non facciamo motori chimici invece di continuare
a bruciare il combustibile?
 
Ciao  :o)
Livio
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Inviato da: 62.10.35.163, via 
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a bruciare il combustibile?
Forse perchè ha un rendimento minore? (Il rendimento, in questo caso,
non dipende dalle due temperature assolute T2 e T1: probabilmente, a
parità di energia consumata, l'energia meccanica resa è minore). O
forse perchè non ene sappiamo costruire? In realtà, si: una pila
funziona esattamente come trasduttore di energia chimica in energia
elettrica, e di qui a meccanica. Credo, però, che il petrolio sia più
economico :)



Rispondo per quanto ne so (o credo di sapere). Accetto obiezioni.
I motori a combustione interna o esterna che si utilizzano attualmente non
sfruttano direttamente l'energia chimica del combustibile ma la utilizzano
solo a "basso livello" per produrre energia termica da cui poi ricavare
lavoro meccanico. Il rendimento di cui si è parlato fino ad ora è dunque
quello di trasformazione da energia termica disponibile a meccanica.
In questo senso il motore animale dovrebbe avere un rendimento superiore in
quanto è capace di convertire direttamente l'energia chimica in lavoro.
Il fatto che non si costruiscano motori chimici veri e propri credo sia
dovuto al semplicissimo fatto che nessuno ci sia ancora riuscito o comunque
che non sia riuscito a farlo con un rendimento accettabile (tenendo anche
conto dell'energia da impiegare per realizzarlo e metterlo in funzione, cosa
che spesso viene trascurata).
Un caso che mi viene in mente è quello delle pile a combustibile in cui si
potrebbe convertire direttamente l'energia chimica del combustibile in
energia elettrica, "saltando" lo stadio termico dovuto alla combustione
propriamente detta (anche se il processo di combustione avviene lo stesso
senza produzione di calore). Tuttavia il costo di produzione (economico ed
energetico) di costruzione di questi dispositivi mi risulta sia estremamente
alto per cui non sono utilizzabili se non in casi speciali (es. missioni
spaziali). E' lo stesso discorso delle centrali solari: l'energia necessaria
per realizzare un pannello fotovoltaico è spesso superiore all'energia che
esso potrà fornire in tutta la sua vita, eccetto in poche zone ad elevata
insolazione.
Il secondo punto che mi interessa sottolineare è che qualsiasi
trasformazione energetica risponde SEMPRE al Secondo Pricipio e quindi alla
legge di Carnot. Bisogna però considerare tutti gli scambi di energia.
Quindi, quando si parla di energia chimica bisogna ricordarsi che questa non
è gratis: è stata impiegata una certa quantità di energia termica per
produrla. Nel caso del petrolio proviamo a tener conto dell'enegia solare
impiegata per far crescere gli alberi nel Carbonifero e per attuare il
processo di fossilizzazione (non tengo conto di quella per l'estrazione e la
raffinazione che non è strettamente necessaria)...
Vediamo allora che le nostre macchine hanno un rendimento veramente
scandaloso!
Ciao